(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の励起状態を経てターゲットをイオン化させるためのレーザ光を出力するイオン化レーザ装置であって、
前記ターゲットを励起させる励起用レーザ光を出力する励起用レーザ出力手段と、
前記励起用レーザ光の絶対波長を検出する励起用絶対波長検出手段と、
前記励起用レーザ光により励起したターゲットをイオン化するイオン化用レーザ光を出力するイオン化用レーザ出力手段と、
前記イオン化用レーザ光によってイオン化した原子または分子の量を検出するイオン量検出手段と、
前記励起用絶対波長検出手段で検出された前記励起用レーザ光の絶対波長に基づいて前記励起用レーザ出力手段を制御して前記励起化用レーザ光の波長を調節するとともに、前記イオン量検出手段で検出された前記イオン化した原子または分子の量に基づいて前記イオン化用レーザ出力手段を制御して前記イオン化用レーザ光の波長を調節する制御手段と、
を備えたことを特徴とするイオン化レーザ装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記イオン量検出手段で検出された前記イオン化した原子または分子の量が最大値となるように前記イオン化用レーザ出力手段を制御して前記イオン化用レーザ光の波長を調節することを特徴とする請求項１に記載のイオン化レーザ装置。
【請求項３】
前記励起用レーザ光の波長を検出する励起用波長検出手段と、
前記イオン化用レーザ光の波長を検出するイオン化用波長検出手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記励起用波長検出手段で検出された前記励起用レーザ光の波長に基づいて該励起用レーザ光の波長を励起用の第１波長に粗同調させた後、前記励起用絶対波長検出手段で検出された前記励起用レーザ光の絶対波長に基づいて該励起用レーザ光の絶対波長を前記第１波長に同調させ、また、前記イオン化用波長検出手段で検出された前記イオン化用レーザ光の波長に基づいて該イオン化用レーザ光の波長をイオン化用の第２波長に粗同調させた後、前記イオン量検出手段で検出された前記イオン化した原子または分子の量が最大値となるように前記イオン化用レーザ出力手段を制御して前記イオン化用レーザ光の波長を前記第２波長に同調させることを特徴とする請求項１または２に記載のイオン化レーザ装置。
【請求項４】
前記励起用絶対波長検出手段は、前記励起用レーザ光によって励起した前記ターゲットまたは該ターゲットと同種の原子または分子が脱励起する際に放出する蛍光の強度から前記励起用レーザ光の絶対波長を検出する蛍光検出器を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のイオン化レーザ装置。
【請求項５】
前記励起用絶対波長検出手段は、入射したレーザ光の波長に応じたオプトガルバノ信号を出力するオプトガルバニック分光放電管を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のイオン化レーザ装置。
【請求項６】
前記励起用絶対波長検出手段は、入射したレーザ光の波長に応じて該レーザ光を吸収するターゲット物質の原子源と、該ターゲット物質の原子源を通過した前記レーザ光を検出する光センサと、よりなる光吸収検出器を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のイオン化レーザ装置。
【請求項７】
前記励起用絶対波長検出手段は、入射したレーザ光と所定波長の基準光とが所定の面に形成する回折像に基づいて前記レーザ光の絶対波長を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のイオン化レーザ装置。
【請求項８】
前記励起用絶対波長検出手段は、入射したレーザ光と所定波長の基準光とが所定の面に形成する干渉縞に基づいて前記レーザ光の絶対波長を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のイオン化レーザ装置。
【請求項９】
前記励起用レーザ出力手段および前記イオン化用レーザ出力手段は、種光源に半導体レーザを用いたファイバレーザであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のイオン化レーザ装置。
【請求項１０】
前記励起用レーザ出力手段および前記イオン化用レーザ出力手段は、半導体基板に作り込まれた半導体レーザであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載のイオン化レーザ装置。
【請求項１１】
前記ターゲットは、ガス状のＳｎ原子であり、
前記イオン化用レーザ出力手段は、前記励起用レーザ光によって第１の励起状態へ励起したターゲットを第２の励起状態へ励起させる第１イオン化用レーザ光を出力する第１イオン化レーザ出力手段と、前記第２の励起状態にある前記ターゲットをイオン化させる前記第２イオン化用レーザ光を出力する第２イオン化用レーザ出力手段と、を含み、前記制御手段は、前記励起用レーザ出力手段と前記第１イオン化用レーザ出力手段とを駆動した際に前記イオン量検出手段で検出された前記イオン化した原子または分子の量に基づいて前記第１イオン化用レーザ出力手段が出力する前記第１イオン化用レーザ光の波長を調整し、前記励起用レーザ出力手段と前記第１イオン化用レーザ出力手段と前記第２イオン化用レーザ出力手段とを駆動した際に前記イオン量検出手段で検出された前記イオン化した原子または分子の量に基づいて前記第２イオン化用レーザ出力手段が出力する前記第２イオン化用レーザ光の波長を調整することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載のイオン化レーザ装置。
【請求項１２】
ターゲットにレーザビームを照射することにより極端紫外光を発生する光源装置であって、
極端紫外光の生成が行われるチャンバと、
前記チャンバ内に供給されたターゲット物質と、
前記ターゲットにＥＵＶプラズマ生成用レーザ光を照射することによりプラズマを発生させるＥＵＶプラズマ生成用レーザ光源と、
前記プラズマから放射される極端紫外光を集光する集光光学系と、
前記プラズマの領域にイオン化レーザ光を照射して中性粒子をイオン化するイオン化レーザ装置を含み、前記プラズマから放出される粒子に含まれている中性粒子をイオン化して帯電粒子とするイオン化手段と、
少なくとも、前記イオン化手段によってイオン化された帯電粒子を捕集するために、前記チャンバ内に磁場を形成する磁場形成手段もしくは前記チャンバ内に電場を形成する電場形成手段と、
請求項１〜１１のいずれか一つに記載のイオン化レーザ装置と、
を備えたことを特徴とする極端紫外光光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン化レーザ装置および極端紫外光光源装置に関し、特に複数波長のレーザ光を出力することが可能なイオン化レーザ装置および極端紫外光光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、錫（Ｓｎ）やゲルマニウム（Ｇｅ）やニッケル（Ｎｉ）などの原子または分子をターゲットとしてこれをイオン化する方法には、例えば以下に示す非特許文献１が開示するイオン化方法が存在する。このイオン化方法では、例えばＳｎをイオン化する場合、２８６．４２ｎｍと８１１．６２ｎｍと８２３．６７ｎｍとの計３種類の波長のレーザ光を合波した合波レーザ光を用いてガス状のＳｎ原子をイオン化していた。３波長のレーザ光は、例えば３台のサファイアレーザから出力されたレーザ光とこれの高調波光とから生成される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Y. Liu, et. al., “Laser ion source tests at the HRIBF on stable Sn, Ge and Ni isotopes”, Nucl. Instr. and Meth. B 243 (2006) 442-452
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した非特許文献１には、３台のサファイアレーザが出力するレーザ光の波長を安定化させることについての開示がなされていない。通常、レーザ装置から出力されるレーザ光の波長を安定させるには、波長計を用いてレーザ光の波長を測定し、この測定された波長が所望の波長となるようにレーザ装置をフィードバック制御する。
【０００５】
しかしながら、波長計は、レーザ光の相対的な波長を測定する検出器であるため、測定した波長にドップラーシフトやその他の影響が含まれてしまい、レーザ装置が出力するレーザ光の波長そのままを正確に測定することができない。このため、波長計で検出された波長を用いたレーザ装置の波長フィードバック制御では、ターゲットに照射するレーザ光の波長を高精度に目的の波長に調整することができず、結果、レーザ光の波長が所望の波長から外れてしまい、ターゲットのイオン化効率が低下してしまうという問題が存在した。特に、励起状態を経てターゲットをイオン化する場合、ターゲットを励起させるレーザ光の波長や励起したターゲットをイオン化するレーザ光の波長をそれぞれ高精度に調整する必要があるが、波長計を用いたフィードバック制御では、それぞれのレーザ光に対する波長制御に十分な精度を得ることができないため、ターゲットのイオン化効率が大幅に低減してしまうという問題が存在した。
【０００６】
そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、励起状態を経てターゲットをイオン化する場合でも高いイオン化効率でターゲットをイオン化できるイオン化レーザ装置および極端紫外光光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するために、本発明によるイオン化レーザ装置は、１つ以上の励起状態を経てターゲットをイオン化させるためのレーザ光を出力するイオン化レーザ装置であって、前記ターゲットを励起させる励起用レーザ光を出力する励起用レーザ出力手段と、前記励起用レーザ光の絶対波長を検出する励起用絶対波長検出手段と、前記励起用レーザ光により励起したターゲットをイオン化するイオン化用レーザ光を出力するイオン化用レーザ出力手段と、前記イオン化用レーザ光によってイオン化した原子または分子の量を検出するイオン量検出手段と、前記励起用絶対波長検出手段で検出された前記励起用レーザ光の絶対波長に基づいて前記励起用レーザ出力手段を制御して前記励起化用レーザ光の波長を調節するとともに、前記イオン量検出手段で検出された前記イオン化した原子または分子の量に基づいて前記イオン化用レーザ出力手段を制御して前記イオン化用レーザ光の波長を調節する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明による極端紫外光光源装置は、ターゲットにレーザビームを照射することにより極端紫外光を発生する光源装置であって、極端紫外光の生成が行われるチャンバと、前記チャンバ内に供給されたターゲット物質と、前記ターゲットにＥＵＶプラズマ生成用レーザ光を照射することによりプラズマを発生させるＥＵＶプラズマ生成用レーザ光源と、前記プラズマから放射される極端紫外光を集光する集光光学系と、前記プラズマの領域にイオン化レーザ光を照射して中性粒子をイオン化するイオン化レーザ装置を含み、前記プラズマから放出される粒子に含まれている中性粒子をイオン化して帯電粒子とするイオン化手段と、少なくとも、前記イオン化手段によってイオン化された帯電粒子を捕集するために、前記チャンバ内に磁場を形成する磁場形成手段もしくは前記チャンバ内に電場を形成する電場形成手段と、上記したいずれか一つのイオン化レーザ装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、レーザ光の波長をこれの測定された絶対波長に基づいて所望の波長に調整するため、ドップラー効果やその他の要因によるレーザ光の所望の波長からのずれを十分に低減させることが可能である。これにより、ターゲットの光吸収率を向上させて効果的にターゲットにエネルギーを与えることが可能となり、結果、励起状態を経てターゲットをイオン化する場合でも高いイオン化効率でターゲットをイオン化できるイオン化レーザ装置および極端紫外光光源装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１によるターゲット（Ｓｎ原子）のイオン化プロセスを説明するための概念図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１によるイオン化レーザ装置の概略構成を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１によるイオン化レーザ装置の構成例を示す模式図である。
【図４】図４は、図３に示す第１〜第３レーザの具体例を示す模式図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の実施の形態１による第１／第２レーザガルバトロンの具体例を示す模式図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の実施の形態１において第１／第２レーザガルバトロンから出力されるオプトガルバノ信号の一例を示す波形図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明の実施の形態１においてオプトガルバノ信号の電流量とレーザ光の波長との関係を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１によるイオン化レーザ装置の立ち上げ動作例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１によるイオン化レーザ装置の定常動作例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の実施の形態１の変形例１−１によるターゲット（Ｓｎ原子）のイオン化プロセスを説明するための概念図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１の変形例１−１によるイオン化レーザ装置の構成例を示す模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態１の変形例１−１によるイオン化レーザ装置の立ち上げ動作例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態１の変形例１−１によるイオン化レーザ装置の定常動作例を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態１の変形例１−２による蛍光検出器の具体例を示す模式図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の実施の形態１の変形例１−３による光吸収検出器の具体例を示す模式図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の実施の形態１の変形例１−３における光吸収検出器から出力される光検出信号の一例を示す波形図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、本発明の実施の形態１の変形例１−３における光検出信号の最大値とレーザ光の波長との関係を示す。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態１の変形例１−４による第１〜第３レーザの具体例を示す模式図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態１の変形例１−５による絶対波長検出器の概略構成を示す模式図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態１の変形例１−６による絶対波長検出器の概略構成を示す模式図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態２によるイオン化レーザ装置の構成例を示す模式図である。
【図１８】図１８は、図１７に示すイオン化レーザ装置の動作原理を説明するための模式図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態２によるイオン化レーザ装置の立ち上げ動作例を示すフローチャートである。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態２によるイオン化レーザ装置の定常制動作例を示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、本発明の実施の形態３によるＥＵＶレーザ装置の概略構成を示す模式断面図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、本発明の実施の形態３の変形例３−１によるＥＵＶレーザ装置の概略構成を示す模式断面図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、図２２ＡにおけるＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の説明において、各図は本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。また、各図では、構成の明瞭化のため、断面におけるハッチングの一部が省略されている。さらに、後述において例示する数値は、本発明の好適な例に過ぎず、従って、本発明は例示された数値に限定されるものではない。
【００２４】
＜実施の形態１＞
まず、本発明の実施の形態１によるイオン化レーザ装置を、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明では、イオン化のターゲットをＳｎ原子とした場合を例に挙げるが、本発明はこれに限定されず、種々の原子または分子をイオン化ターゲットとすることが可能である。
【００２５】
図１は、本実施の形態１によるターゲット（Ｓｎ原子）のイオン化プロセスを説明するための概念図である。図１に示すように、本実施の形態１では、ターゲットであるＳｎ原子を複数のステップ（本実施の形態１では３ステップ）を経てイオン化する。具体的には、まず、ガス化されたＳｎ原子に、波長λ１（＝２８６．３２ｎｍ）のレーザ光（以下、これを第１レーザ光という）ＬＳ１を照射する。これにより、Ｓｎ原子が第１レーザ光ＬＳ１を吸収してこれの基底状態にある電子が軌道Ｅ０（＝５ｐ２  ３Ｐ０）から軌道Ｅ１（＝５ｐ６ｓ３Ｐ０１）へ遷移する（ステップＳ１）。なお、以下の説明において、電子が軌道Ｅ１にある状態を第１固有状態という。
【００２６】
続いて、第１固有状態にあるＳｎ原子に、波長λ２（＝８１１．６２ｎｍ）のレーザ光を（以下、これを第２レーザ光という）ＬＳ２を照射する。ただし、第１固有状態のライフタイムが約５ｎｓと非常に短いため、第２レーザ光ＬＳ２と合せて第１レーザ光ＬＳ１もＳｎ原子へ照射する。これにより、第１固有状態にあるＳｎ原子が第２レーザ光ＬＳ２を吸収してこれの軌道Ｅ１にある電子が軌道Ｅ２（＝５ｐ６ｐ３Ｐ１）へ遷移する（ステップＳ２）。なお、以下の説明において、電子が軌道Ｅ２にある状態を第２固有状態という。
【００２７】
その後、第１レーザ光ＬＳ１および第２レーザ光ＬＳ２に加えて、第２固有状態にあるＳｎ原子をイオン化するのに必要な残りのエネルギー（ｅＶ）に相当する波長λ３（＝８２３．６７ｎｍ）のレーザ光（以下、これを第３レーザ光という）ＬＳ３を照射する（ステップＳ３）。これにより、第２固有状態にあるＳｎ原子がＬＳ３を吸収してこれの軌道Ｅ２（＝５ｐ６ｐ３Ｐ１）にある電子がイオン化ポテンシャル（ＩＰ＝５９２３３ｃｍ−１）以上のエネルギーとなることで、電子が価電子帯から伝導帯（Ｅ３）へと飛び出し、この結果、Ｓｎ原子がイオン化する。
【００２８】
ここで、ステップＳ１において、軌道Ｅ１に相当するエネルギー準位のバンド幅（線幅ともいう）は非常に狭い。このため、基底状態にある電子の第１レーザ光ＬＳ１に対する光吸収率を高めてＳｎ原子を効率よく基底状態から第１固有状態へ励起させるためには、第１レーザ光ＬＳ１の波長を基底状態と第１固有状態とのエネルギー準位の差（バンドギャップエネルギー）に相当する波長λ１（＝２８６．３２ｎｍ：以下、第１ターゲット波長という）に精度よく合せ込む必要がある。
【００２９】
そこで本実施の形態１では、第１レーザ光ＬＳ１の絶対波長を後述する第１絶対波長検出器１１０（図２参照）を用いて求め、この絶対波長が第１ターゲット波長λ１となるように第１レーザ光ＬＳ１の光源（後述する第１レーザ１０２（図２参照））をフィードバック制御する。これにより、第１レーザ光ＬＳ１の実際の波長を第１ターゲット波長λ１に精度よく合せ込むことができる。
【００３０】
また、ステップＳ２においても、軌道Ｅ２に相当するエネルギー準位のバンド幅は非常に狭い。このため、軌道Ｅ１にある電子の第２レーザ光ＬＳ２に対する光吸収率を高めてＳｎ原子を効率よく第１固有状態から第２固有状態へ励起させるためには、第２レーザ光ＬＳ２の波長を第１固有状態と第２固有状態とのエネルギー準位の差に相当する波長λ２（＝８１１．６２ｎｍ：以下、第２ターゲット波長という）に精度よく合せ込む必要がある。
【００３１】
そこで本実施の形態１では、第２レーザ光ＬＳ２の絶対波長を後述する第２絶対波長検出器２１０（図２参照）を用いて求め、この絶対波長が第２ターゲット波長λ２となるように第２レーザ光ＬＳ２の光源（後述する第２レーザ２０２（図２参照））をフィードバック制御する。これにより、第２レーザ光ＬＳ２の実際の波長を第２ターゲット波長λ２に精度よく合せ込むことができる。
【００３２】
なお、ステップＳ３においては、Ｓｎ原子のイオン化時に電子の遷移先となる伝導体（これを軌道Ｅ３とする）のバンド幅が、軌道Ｅ１およびＥ２と比較して広い。ただし、第２固有状態にあるＳｎ原子を効率よくイオン化するためには、第３レーザ光ＬＳ３の波長を第２固有状態にあるＳｎ原子をイオン化するのに必要なエネルギー（ｅＶ）に相当する波長λ３（＝８２３．６７ｎｍ：以下、第３ターゲット波長という）に精度よく合せ込むことが好ましい。
【００３３】
そこで本実施の形態１では、第３レーザ光ＬＳ３の絶対波長も後述する第３絶対波長検出器３１０（図２参照）を用いて求め、この絶対波長が第３ターゲット波長λ３となるように第３レーザ光ＬＳ３の光源（後述する第３レーザ３０２（図２参照））をフィードバック制御する。これにより、第３レーザ光ＬＳ３の実際の波長を第３ターゲット波長λ３に精度よく合せ込むことができる。
【００３４】
以上のように、途中複数の励起状態を経てターゲット（Ｓｎ原子）をイオン化することで、可視光程度の低エネルギーのレーザ光を用いて効果的にターゲットにエネルギーを与えることが可能となるため、ターゲットの効率的なイオン化が可能となる。
【００３５】
次に、上述のようなイオン化プロセスを実現できるイオン化レーザ装置を、図面を用いて詳細に説明する。図２は、本実施の形態１によるイオン化レーザ装置１の概略構成を示す模式図である。図２に示すように、イオン化レーザ装置１は、１帯域以上の波長成分を含むレーザ光（第１〜第３レーザ光ＬＳ１〜ＬＳ３）を出力するイオン化レーザ２０と、イオン化レーザ２０を制御することで所望波長のレーザ光を所望タイミングでイオン化レーザ２０に出力させるイオン化レーザコントローラ１０と、を備える。
【００３６】
イオン化レーザ２０は、それぞれ異なる波長のレーザ光を出力する第１〜第３レーザ装置１００〜３００と、第１〜第３レーザ装置１００〜３００それぞれから出力されたレーザ光を合波して合波レーザ光ＬＳを出力する合波光学系３０と、を含む。
【００３７】
第１〜第３レーザ装置１００〜３００は、それぞれ、第１〜第３レーザ光ＬＳ１〜ＬＳ３を出力する第１〜第３レーザ１０２〜３０２と、第１〜第３レーザ１０２〜３０２から出力された第１〜第３レーザ光ＬＳ１〜ＬＳ３の絶対波長を検出する第１〜第３絶対波長検出器１１０〜３１０と、検出された絶対波長に基づいて第１〜第３レーザ１０２〜３０２が出力する第１〜第３レーザ光ＬＳ１〜ＬＳ３の波長を第１〜第３ターゲット波長λ１〜λ３に合せ込む第１〜第３コントローラ１０１〜３０１と、を含む。なお、第１および第２レーザ１０２および２０２は、ターゲットＴｓｎを励起させるための励起用レーザ光として第１および第２レーザ光ＬＳ１およびＬＳ２を出力する励起用レーザ出力手段として機能する。一方、第３レーザ３０２は、励起後のターゲットＴｓｎをイオン化するためのイオン化用レーザ光として第３レーザ光ＬＳ３を出力するイオン化用レーザ出力手段として機能する。また、第１および第２絶対波長検出器１１０および２１０は、励起用レーザ光（ＬＳ１，ＬＳ２）の絶対波長を検出する励起用絶対波長検出手段として機能し、第３絶対波長検出器３１０は、イオン化用レーザ光（ＬＳ３）の絶対波長を検出するイオン化用絶対波長検出手段として機能する。また、第１および第２ターゲット波長λ１およびλ２は、ターゲットを所定の固有状態へ励起させるためのエネルギーに相当する励起用波長であり、第３ターゲット波長λ３は、励起したターゲットをイオン化させるためのエネルギーに相当するイオン化用波長である。
【００３８】
また、第１〜第３レーザ装置１００〜３００は、それぞれ、検出された第１〜第３レーザ光ＬＳ１〜ＬＳ３の絶対波長に基づいて第１〜第３レーザ１０２〜３０２をフィードバック制御することで、第１〜第３レーザ光ＬＳ１〜ＬＳ３の波長を第１〜第３ターゲット波長λ１〜λ３に安定的にロックすることができる。なお、イオン化レーザコントローラ１０および第１〜第３コントローラ１０１〜３０１は、励起用レーザ光（ＬＳ１，ＬＳ２）の絶対波長およびイオン化用レーザ光（ＬＳ３）の絶対波長に基づいて励起用レーザ出力手段である第１および第２レーザ１０２および２０２と、イオン化用レーザ出力手段である第３レーザ３０２とを制御する制御手段として機能する。
【００３９】
合波光学系３０は、例えば回折格子やハーフミラーやダイクロイックミラー、ビームコンバイナなどを適宜用いて構成され、上述したように、第１〜第３レーザ装置１００〜３００から出力された第１〜第３レーザ光ＬＳ１〜ＬＳ３を合波して合波レーザ光ＬＳを出力する。
【００４０】
このように、本実施の形態１によるイオン化レーザ装置１は、ターゲット（Ｓｎ原子）へ与える励起エネルギーまたはイオン化エネルギーに応じた波長（第１〜第３ターゲット波長λ１〜λ３）のレーザ光（第１〜第３レーザ光ＬＳ１〜ＬＳ３）を出力する複数のレーザ装置（第１〜第３レーザ装置１００〜３００）を用いる。このため、個々のレーザ装置（１００〜３００）が出力するレーザ光の波長を独立して精度良くターゲット波長に合せ込むことが可能である。また、イオン化レーザ装置１では、各レーザ装置（１００〜３００）のターゲット波長への合せ込みが絶対波長に基づいて行われる。このため、ターゲットの光吸収率を向上させて効果的にターゲットにエネルギーを与えることが可能となり、この結果、効率的なターゲットのイオン化が可能となる。
【００４１】
次に、図２に示すイオン化レーザ装置１のより具体的な構成例を、図面を用いて詳細に説明する。図３は、本実施の形態１によるイオン化レーザ装置１Ａの構成例を示す模式図である。図３に示すように、イオン化レーザ装置１Ａでは、第１レーザ装置１００が第１絶対波長検出器１１０としての蛍光検出器１１０Ａを備える。また、第２／第３レーザ装置２００／３００が、第２／第３絶対波長検出器２１０／３１０としての第１／第２レーザガルバトロン２１０Ａ／３１０Ａを備える。さらに、第１〜第３レーザ装置１００〜３００は、それぞれ、第１〜第３レーザ１０２〜３０２から出力された第１〜第３レーザ光ＬＳ１〜ＬＳ３の波長を検出する第１〜第３波長計１０３〜３０３を備える。なお、第１〜第３波長計１０３〜３０３は、第１〜第３レーザ光ＬＳ１〜ＬＳ３の大まかな波長を検出できればよく、また、相対波長であってもよい。この波長計のうち、第１および第２波長計１０３および２０３は、励起用レーザ光である第１および第２レーザ光ＬＳ１およびＬＳ２の波長を検出する励起用波長検出手段として機能し、第３波長計３０３は、イオン化用レーザ光である第３レーザ光ＬＳ３の波長を検出するイオン化用波長計として機能する。
【００４２】
ここで、図４に、図３に示す第１〜第３レーザ１０２〜３０２の具体例を示す。図４に示すように、第１レーザ１０２は、第１ターゲット波長λ１に対して４倍の波長λ１ａ（＝１１４５ｎｍ）を持つ狭帯域のレーザ光ＬＳ１ａを出力する狭帯化半導体レーザ１２１と、狭帯化半導体レーザ１２１から出力されたレーザ光ＬＳ１ａを増幅するＹｂファイバ増幅器１２２と、増幅されたレーザ光ＬＳ１ａからこれの４分の１の波長である第１レーザ光ＬＳ１を発生させる４倍波発生器１２３と、を含む。したがって、狭帯化半導体レーザ１２１から出力されたレーザ光ＬＳ１ａは、Ｙｂファイバ増幅器１２２において増幅され、４倍波発生器１２３において第１レーザ光ＬＳ１に変換された後、出力される。この構成において、第１レーザ光ＬＳ１の波長制御は、狭帯化半導体レーザ１２１の実質的な温度を制御することで行うことができる。
【００４３】
一方、第２および第３レーザ２０２および３０２は、それぞれ、狭帯化半導体レーザ２２１および３２１とパラメトリック発振器２２２および３２２とを含むと共に、共通のＹｂファイバレーザ２２３を含む。Ｙｂファイバレーザ２２３は、レーザ光を増幅する、いわゆる光ポンプとしての機能を果たす。したがって、狭帯化半導体レーザ２２１から出力された狭帯域のレーザ光ＬＳ２ａは、Ｙｂファイバレーザ２２３から出力されたレーザ光と共にパラメトリック発振器２２２に入力されて増幅された後、第２レーザ光ＬＳ２として出力される。同様に、狭帯化半導体レーザ３２１から出力された狭帯域のレーザ光ＬＳ３ａは、Ｙｂファイバレーザ２２３から出力されたレーザ光と共にパラメトリック発振器３２２に入力されて増幅された後、第３レーザ光ＬＳ３として出力される。この構成において、第２／第３レーザ光ＬＳ２／ＬＳ３の波長制御は、狭帯化半導体レーザ２２１／３２１の実質的な温度を制御することで行うことができる。
【００４４】
なお、狭帯化半導体レーザ１２１〜３２１は、いわゆる種光源である。この狭帯化半導体レーザ１２１〜３２１は、パルス発振して間欠的にレーザ光を出力する半導体レーザであっても、連続波発振して継続的にレーザ光を出力する半導体レーザであってもよい。また、第１〜第３レーザ１０２〜３０２は、長時間の安定動作が可能なファイバレーザで構成されることが好ましい。これにより、安定してレーザ光を出力するイオン化レーザ装置１Ａを実現することができる。
【００４５】
図３に戻り説明する。図３において、第１絶対波長検出器１１０としての蛍光検出器１１０Ａは、イオン化用の不図示のチャンバに配置された、いわゆるｉｎ−ｓｉｔｕの蛍光検出器であり、ターゲット（Ｓｎ原子）から放出された蛍光の強度を検出する検出器である。この蛍光検出器１１０Ａは、実際のターゲット（Ｓｎ原子）から放出された蛍光を観測することができる。
【００４６】
ここで、上述したように、Ｓｎ原子が第１固有状態を維持するライフタイムは、約５ｎｓと非常に短い。軌道Ｅ１にある電子が脱励起して軌道ＥＳ１（＝５ｐ２  ３Ｐ1）へ遷移する際には、図１に示すように、波長λｆｌｕｏ（＝３１７．５ｎｍ）の蛍光ＣＳが放出される（ステップＳＳ１）。そこで、図３に示すイオン化レーザ装置１Ａは、この蛍光ＣＳを観測することで、電子の第１レーザ光ＬＳ１に対する光吸収率の波長依存性から第１レーザ光ＬＳ１の絶対波長を求める。すなわち、第１レーザ光ＬＳ１による電子の励起効率の波長依存性を、第１レーザ光ＬＳ１の照射に対して生じた蛍光ＣＳの強度から求め、この強度が最大値となる際の波長を絶対波長として特定する。なお、以下の説明において、電子が軌道ＥＳ１にある状態を脱励起後固有状態という。
【００４７】
そこで、第１コントローラ１０１は、蛍光検出器１１０Ａで検出された蛍光ＣＳの強度が最大値を取るように第１レーザ１０２を制御してこれから出力される第１レーザ光ＬＳ１の波長を調整することで、第１レーザ装置１００が出力する第１レーザ光ＬＳ１の波長を第１ターゲット波長λ１へ合せ込む。また、第１コントローラ１０１は、第１レーザ光ＬＳ１の波長が第１ターゲット波長λ１を維持するように、第１レーザ１０２をフィードバック制御する。なお、第１コントローラ１０１は、例えば第１レーザ１０２が半導体レーザである場合、実質的な温度を制御することで、第１レーザ１０２が出力する第１レーザ光ＬＳ１の波長を第１ターゲット波長λ１に合せ込む。ただし、これに限定されず、第１コントローラ１０１は、例えば第１レーザ１０２が他のレーザであれば直接、共振器長を制御してもよいし、光路にエタロン若しくはグレーティングを挿入し、その角度を制御することで、第１レーザ１０２が出力する第１レーザ光ＬＳ１の波長を第１ターゲット波長λ１に合せ込むように構成されてもよい。
【００４８】
一方、第２／第３絶対波長検出器２１０／３１０としての第１／第２レーザガルバトロン２１０Ａ／３１０Ａは、いわゆるオプトガルバニック分光用放電管であり、放電管（フォロカソードランプ）内に封入されたガスにレーザ光を照射し、これにより発生するガス固有の分光波長に依存した電流量を検出することで、レーザ光の絶対波長を検出する。この第１／第２レーザガルバトロン２１０Ａ／３１０Ａは、例えば、それぞれ合波光学系３０を構成する合波器３２／３３の前段（または後段）に配置される。
【００４９】
ここで図５Ａに、本実施の形態１による第１／第２レーザガルバトロン２１０Ａ／３１０Ａの具体例を示す。また、図５Ｂに、第１／第２レーザガルバトロン２１０Ａ／３１０Ａから出力されるオプトガルバノ信号の一例を示し、図５Ｃに、オプトガルバノ信号の電流量とレーザ光の波長との関係を示す。
【００５０】
図５Ａに示すように、第１／第２レーザガルバトロン２１０Ａ／３１０Ａは、希ガスが封入された希ガス封入ガラス管２１２と、希ガス封入ガラス管２１２内に配置された陽極Ａｎおよび陰極Ｃａと、を含むフォロカソードランプ２１１からなる。希ガス封入ガラス管２１２内に封入される希ガスには、例えばヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）などを用いることができる。陰極Ｃａには、例えばイオン化ターゲットと同じ材料よりなるＳｎ電極が用いられる。陽極Ａｎには、高圧電源Ｈｖｓから数百〜数千ボルトの高電圧が印加される。
【００５１】
この構成において、希ガス封入ガラス管２１２内に形成された放電プラズマ中の原子の吸収スペクトルに共鳴する波長のレーザ光が入射すると、陰極Ｃａに接続された抵抗Ｒを流れる放電電流が変化する。したがって、希ガス封入ガラス管２１２内を陽極Ａｎ側から陰極Ｃａ側にかけてレーザ光（ＬＳ２／ＬＳ３）が通過すると、陰極Ｃａに接続された抵抗Ｒには、図５Ｂに示すように、レーザ光の波形および波長に応じて変化するオプトガルバノ信号が流れる。このオプトガルバノ信号の電流量は、図５Ｃに示すように、フォロカソードランプ２１１に入射したレーザ光の波長に依存する。したがって、第２／第３コントローラ２０１／３０１は、この電流量が最大値を取るように第２／第３レーザ２０２／３０２を制御してこれから出力される第２／第３レーザ光ＬＳ２／ＬＳ３の波長を調整することで、第２／第３レーザ装置２００／３００が出力する第２／第３レーザ光ＬＳ２／ＬＳ３の波長を第２／第３ターゲット波長λ２／λ３（イオン化最適波長）へ合せ込む。また、第２／第３コントローラ２０１／３０１は、第２／第３レーザ光ＬＳ２／ＬＳ３の波長が第２／第３ターゲット波長λ２／λ３を維持するように、第２／第３レーザ２０２／３０２をフィードバック制御する。なお、第２／第３コントローラ２０１／３０１による第２／第３レーザ２０２／３０２の波長制御は、上述した第１コントローラ１０１と同様である。ただし、フォロカソードランプ２１１に限らず、ターゲットＴｓｎと同じ原子源であればよい。
【００５２】
次に、本実施の形態１によるイオン化レーザ装置１Ａの動作について、図面を用いて詳細に説明する。図６は、本実施の形態１によるイオン化レーザ装置１Ａの立ち上げ時の動作（以下、立ち上げ動作という）例を示すフローチャートである。図７は、本実施の形態１によるイオン化レーザ装置１Ａの定常制御時の動作（以下、定常動作という）例を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、イオン化レーザ２０を制御するイオン化レーザコントローラ１０の動作およびイオン化レーザコントローラ１０からの制御の下で第１〜第３レーザ装置１００〜３００を制御する第１〜第３コントローラ１０１〜３０１の動作に着目して説明する。
【００５３】
図６に示すように、イオン化レーザコントローラ１０は、立ち上げ動作を開始すると、第１レーザ１０２の波長を第１ターゲット波長λ１（＝２８６．４ｎｍ）に粗同調させる（ステップＳ１０１）。具体的には、イオン化レーザコントローラ１０からの制御の下、第１コントローラ１０１が、第１レーザ１０２に第１レーザ光ＬＳ１の出力を開始させ、続いて、第１波長計１０３で検出される第１レーザ光ＬＳ１の波長が第１ターゲット波長λ１となるように第１レーザ１０２をフィードバック制御する。このように、第１レーザ１０２の粗同調ステップでは、第１波長計１０３で検出された波長に基づいて、第１レーザ１０２がフィードバック制御される。第１レーザ１０２の波長を第１ターゲット波長λ１へ正確に同調させる前にこれを粗同調させておくことで、正確な同調時の時間短縮や制御の容易化が可能となる。
【００５４】
次に、イオン化レーザコントローラ１０は、第１レーザ１０２の波長を第１ターゲット波長λ１に正確に同調させる（ステップＳ１０２）。具体的には、イオン化レーザコントローラ１０からの制御の下、第１コントローラ１０１が、第１レーザ１０２が出力する第１レーザ光ＬＳ１の波長を変化させ、この過程で蛍光検出器１１０Ａが検出する蛍光ＣＳの強度が最大値となる波長（第１ターゲット波長λ１に相当）を特定し、この波長に第１レーザ光ＬＳ１の波長を合せ込むように第１レーザ１０２をフィードバック制御する。このように、第１レーザ１０２の同調ステップでは、蛍光検出器１１０Ａで検出された蛍光ＣＳの強度から求まる第１レーザ光ＬＳ１の絶対波長が第１ターゲット波長λ１となるように、第１レーザ１０２がフィードバック制御される。このため、より正確に第１レーザ１０２の波長を第１ターゲット波長λ１に同調させることが可能である。
【００５５】
次に、イオン化レーザコントローラ１０は、第１レーザ１０２の波長が第１ターゲット波長λ１にロックされているか否かを判定し（ステップＳ１０３）、ロックされていない場合（ステップＳ１０３のＮｏ）、ステップＳ１０２へ帰還して、再度、蛍光検出器１１０Ａによる蛍光強度検出結果を用いた第１レーザ１０２のフィードバック制御を第１コントローラ１０１に実行させる。
【００５６】
一方、第１レーザ１０２の波長が第１ターゲット波長λ１にロックされている場合（ステップＳ１０３のＹｅｓ）、イオン化レーザコントローラ１０は、次に、第２レーザ２０２の波長を第２ターゲット波長λ２（＝８１１．６ｎｍ）に粗同調させる（ステップＳ１０４）。具体的には、イオン化レーザコントローラ１０の制御の下、第２コントローラ２０１が、第２レーザ２０２に第２レーザ光ＬＳ２の出力を開始させ、続いて、第２波長計２０３で検出される第２レーザ光ＬＳ２の波長が第２ターゲット波長λ２となるように第２レーザ２０２をフィードバック制御する。このように、第２レーザ２０２の粗同調ステップでは、第１レーザ１０２の粗同調ステップと同様に、第２波長計２０３で検出された波長に基づいて、第２レーザ２０２がフィードバック制御される。
【００５７】
次に、イオン化レーザコントローラ１０は、第２レーザ２０２の波長を第２ターゲット波長λ２に正確に同調させる（ステップＳ１０５）。具体的には、イオン化レーザコントローラ１０の制御の下、第２コントローラ２０１が、第２レーザ２０２が出力する第２レーザＬＳ２の波長を変化させ、この過程で第１レーザガルバトロン２１０Ａが検出するオプトガルバノ信号の値が最大値となる波長（第２ターゲット波長λ２に相当）を特定し、この波長に第２レーザ光ＬＳ２の波長を合せ込むように第２レーザ２０２をフィードバック制御する。このように、第２レーザ２０２の同調ステップでは、第１レーザガルバトロン２１０Ａで検出されたオプトガルバノ信号から求まる第２レーザ光ＬＳ２の絶対波長が第２ターゲット波長λ２となるように、第２レーザ２０２がフィードバック制御される。このため、第１レーザ１０２の同調ステップと同様に、より正確に第２レーザ２０２の波長を第２ターゲット波長λ２に同調させることが可能である。
【００５８】
次に、イオン化レーザコントローラ１０は、第２レーザ２０２の波長が第２ターゲット波長λ２にロックされているか否かを判定し（ステップＳ１０６）、ロックされていない場合（ステップＳ１０６のＮｏ）、ステップＳ１０５へ帰還して、再度、第１レーザガルバトロン２１０Ａで検出されたオプトガルバノ信号を用いた第２レーザ２０２のフィードバック制御を第２コントローラ２０１に実行させる。
【００５９】
一方、第２レーザ２０２の波長が第２ターゲット波長λ２にロックされている場合（ステップＳ１０６のＹｅｓ）、イオン化レーザコントローラ１０は、次に、第３レーザ３０２の波長を第３ターゲット波長λ３（＝８２３．７ｎｍ）に粗同調させる（ステップＳ１０７）。具体的には、イオン化レーザコントローラ１０の制御の下、第３コントローラ３０１が、第３レーザ３０２に第３レーザ光ＬＳ３の出力を開始させ、続いて、第３波長計３０３で検出される第３レーザ光ＬＳ３の波長が第３ターゲット波長λ３となるように第３レーザ３０２をフィードバック制御する。このように、第３レーザ３０２の粗同調ステップでは、第１／第２レーザ１０２／２０２の粗同調ステップと同様に、第３波長計３０３で検出された波長に基づいて、第３レーザ３０２がフィードバック制御される。
【００６０】
次に、イオン化レーザコントローラ１０は、第３レーザ３０２の波長を第３ターゲット波長λ３に正確に同調させる（ステップＳ１０８）。具体的には、ステップＳ１０５と同様に、イオン化レーザコントローラ１０の制御の下、第３コントローラ３０１が、第３レーザ３０２が出力する第３レーザＬＳ３の波長を変化させ、この過程で第２レーザガルバトロン３１０Ａが検出するオプトガルバノ信号の値が最大値となる波長（第３ターゲット波長λ３に相当）を特定し、この波長に第３レーザ光ＬＳ３の波長を合せ込むように第３レーザ３０２をフィードバック制御する。これにより、第１／第２レーザ１０２／２０２の同調ステップと同様に、より正確に第３レーザ３０２の波長を第３ターゲット波長λ３に同調させることが可能である。
【００６１】
その後、イオン化レーザコントローラ１０は、第３レーザ３０２の波長が第３ターゲット波長λ３にロックされているか否かを判定し（ステップＳ１０９）、ロックされていない場合（ステップＳ１０９のＮｏ）、ステップＳ１０８へ帰還して、再度、第２レーザガルバトロン３１０Ａで検出されたオプトガルバノ信号を用いた第３レーザ３０２のフィードバック制御を第３コントローラ３０１に実行させる。一方、第３レーザ３０２の波長が第３ターゲット波長λ３にロックされている場合（ステップＳ１０９のＹｅｓ）、イオン化レーザコントローラ１０は、立ち上げ動作を終了する。
【００６２】
以上のような立ち上げ動作を実行することで、イオン化レーザ装置１Ａが出力する複数のレーザ光（第１〜第３レーザ光ＬＳ１〜ＬＳ３）の波長を、イオン化プロセスの適切な順序に沿って、確実に所望の波長（第１〜第３ターゲット波長λ１〜λ３）に調整することが可能となる。この結果、全てのレーザ光の波長を目的の波長に容易且つ確実に合せ込むことが可能となる。
【００６３】
上記立ち上げ動作によって第１〜第３レーザ１０２〜３０２の波長が第１〜第３ターゲット波長λ１〜λ３にそれぞれロックされると、イオン化レーザ装置１Ａは、次に、第１〜第３レーザ光ＬＳ１〜ＬＳ３を安定した波長で定常的に出力する定常動作を実行する。
【００６４】
定常動作では、イオン化レーザコントローラ１０は、図７に示すように、第１レーザ１０２の出力波長、すなわち第１レーザ光ＬＳ１の波長をモニタし（ステップＳ１１１）、第１レーザ１０２の出力波長が第１ターゲット波長λ１にロックされているか否かを判定する（ステップＳ１１２）。具体的には、イオン化レーザコントローラ１０の制御の下、第１コントローラ１０１が、蛍光検出器１１０Ａで検出された蛍光ＣＳの強度が立ち上げ動作時に検出された最大値と略変わらない値であるか否かを検知し、略変わらない値であれば第１レーザ１０２の出力波長が第１ターゲット波長λ１にロックされていると判定し、大きく変化している場合には、特に蛍光ＣＳの強度が大きく減少している場合には、第１レーザ１０２の出力波長が第１ターゲット波長λ１からずれていると判定する。ただし、これに限定されず、例えば第１波長計１０３で検出された波長が、第１ターゲット波長λ１、もしくは、立ち上げ動作において第１レーザ１０２の波長を第１ターゲット波長λ１へロックした直後に検出された波長と同等であるか否かを検知し、この検知結果に基づいて第１レーザ１０２の出力波長が第１ターゲット波長λ１にロックされているか否かを判定するなど、種々変形可能である。
【００６５】
ステップＳ１１２の判定の結果、第１レーザ１０２の出力波長が第１ターゲット波長λ１にロックされていない場合（ステップＳ１１２のＮｏ）、イオン化レーザコントローラ１０は、図６のステップＳ１０２と同様の手順を用いて、第１レーザ１０２の出力波長を第１ターゲット波長λ１にロックし（ステップＳ１１３）、その後、ステップＳ１１２へ帰還して、再度、第１レーザ１０２の出力波長が第１ターゲット波長λ１にロックされているか否かを判定する。
【００６６】
一方、ステップＳ１１２の判定の結果、第１レーザ１０２の出力波長が第１ターゲット波長λ１にロックされている場合（ステップＳ１１２のＹｅｓ）、イオン化レーザコントローラ１０は、次に、第２レーザ２０２の出力波長、すなわち第２レーザ光ＬＳ２の波長をモニタし（ステップＳ１１４）、第２レーザ２０２の出力波長が第２ターゲット波長λ２にロックされているか否かを判定する（ステップＳ１１５）。具体的には、イオン化レーザコントローラ１０の制御の下、第２コントローラ２０１が、第１レーザガルバトロン２１０Ａで検出されたオプトガルバノ信号の電流値が立ち上げ動作時に検出された最大値と略変わらない値であるか否かを検知し、略変わらない電流値であれば第２レーザ２０２の出力波長が第２ターゲット波長λ２にロックされていると判定し、大きく変化している場合には、特にオプトガルバノ信号の電流値が大きく減少している場合には、第２レーザ２０２の出力波長が第２ターゲット波長λ２からずれていると判定する。ただし、これに限定されず、ステップＳ１１２と同様に、第２波長計２０３を用いて、第２レーザ２０２の出力波長が第２ターゲット波長λ２にロックされているか否かを判定するなど、種々変形可能である。
【００６７】
ステップＳ１１５の判定の結果、第２レーザ２０２の出力波長が第２ターゲット波長λ２にロックされていない場合（ステップＳ１１５のＮｏ）、イオン化レーザコントローラ１０は、図６のステップＳ１０５と同様の手順を用いて、第２レーザ２０２の出力波長を第２ターゲット波長λ２にロックし（ステップＳ１１６）、その後、ステップＳ１１５へ帰還して、再度、第２レーザ２０２の出力波長が第２ターゲット波長λ２にロックされているか否かを判定する。
【００６８】
一方、ステップＳ１１５の判定の結果、第２レーザ２０２の出力波長が第２ターゲット波長λ２にロックされている場合（ステップＳ１１５のＹｅｓ）、イオン化レーザコントローラ１０は、次に、第３レーザ３０２の出力波長、すなわち第３レーザ光ＬＳ３の波長をモニタし（ステップＳ１１７）、第３レーザ３０２の出力波長が第３ターゲット波長λ３にロックされているか否かを判定する（ステップＳ１１８）。なお、その具体的な手順例は、ステップＳ１１５と同様である。
【００６９】
ステップＳ１１８の判定の結果、第３レーザ３０２の出力波長が第３ターゲット波長λ３にロックされていない場合（ステップＳ１１８のＮｏ）、イオン化レーザコントローラ１０は、図６のステップＳ１０８と同様の手順を用いて、第３レーザ３０２の波長を第３ターゲット波長λ３にロックし（ステップＳ１１９）、その後、ステップＳ１１８へ帰還して、再度、第３レーザ３０２の出力波長が第３ターゲット波長λ３にロックされているか否かを判定する。
【００７０】
一方、ステップＳ１１８の判定の結果、第３レーザ３０２の出力波長が第３ターゲット波長λ３にロックされている場合（ステップＳ１１８のＹｅｓ）、イオン化レーザコントローラ１０は、定常動作の終了が指示されているか否かを判定し（ステップＳ１２０）、指示されている場合（ステップＳ１２０のＹｅｓ）、定常動作を終了する。一方、定常動作の終了が指示されていない場合（ステップＳ１２０のＮｏ）、イオン化レーザコントローラ１０は、ステップＳ１１１へ帰還し、再度、同様の動作を繰り返す。
【００７１】
以上のような定常動作を実行することで、イオン化レーザ装置１Ａが出力する複数のレーザ光（第１〜第３レーザ光ＬＳ１〜ＬＳ３）のいずれか１つでも所望の波長（第１〜第３ターゲット波長λ１〜λ３）からずれた場合には、波長がずれたレーザ光から波長調整をし直すことが可能となる。このため、全レーザ光の波長調整が必要でない場合に最初から全レーザ光の波長調整をし直すなどの手間を省きつつ、容易且つ適切に全てのレーザ光を所望の波長にそれぞれロックすることが可能となる。この結果、複数のレーザ光を用いる場合でも高いイオン化率でターゲットをイオン化できるイオン化レーザ装置を実現することができる。
【００７２】
（変形例１−１）
次に、本実施の形態１によるイオン化レーザ装置の変形例について、図面を用いて詳細に説明する。上述した実施の形態１では、３つのステップＳ１〜Ｓ３を経てターゲット（Ｓｎ原子）をイオン化する場合を例に挙げた。これに対し、本実施の形態１の変形例１−１では、２つのステップを経てターゲット（Ｓｎ原子）をイオン化する場合を例に挙げる。
【００７３】
図８は、本変形例１−１によるターゲット（Ｓｎ原子）のイオン化プロセスを説明するための概念図である。図８に示すように、本変形例１−１では、まず、上述の実施の形態１と同様に、ターゲットであるＳｎ原子に第１レーザ光ＬＳ１を照射して、これの基底状態にある電子を軌道Ｅ０（＝５ｐ２  ３Ｐ０）から軌道Ｅ１（＝５ｐ６ｓ３Ｐ０１）へ遷移させる（ステップＳ１）。これにより、Ｓｎ原子が第１固有状態となる。
【００７４】
続いて、第１レーザ光ＬＳ１に加えて、第１固有状態にあるＳｎ原子を直接イオン化するのに必要な残りのエネルギー（ｅＶ）に相当する波長λ４（＝４０８．８ｎｍ）のレーザ光（以下、第４レーザ光という）ＬＳ４を照射する（ステップＳ４）。これにより、Ｓｎ原子が第４レーザ光ＬＳ４を吸収してこれの軌道Ｅ１（＝５ｐ６ｓ３Ｐ０１）にある電子がイオン化ポテンシャル（ＩＰ＝５９２３３ｃｍ−１）以上のエネルギーとなることで、この電子が価電子帯から伝導体（Ｅ３）へと飛び出し、この結果、Ｓｎ原子がイオン化する。なお、以下の説明において、波長λ４を第４ターゲット波長という。
【００７５】
次に、本変形例１−１によるイオン化プロセスを実現できるイオン化レーザ装置を、図面を用いて詳細に説明する。図９は、本変形例１−１によるイオン化レーザ装置１Ａ−１の構成例を示す模式図である。図９に示すように、イオン化レーザ装置１Ａ−１は、第１レーザ光ＬＳ１を出力する第１レーザ装置１００および第４レーザ光ＬＳ４を出力する第４レーザ装置４００と、第１および第４レーザ装置１００および４００からそれぞれ出力されたレーザ光を合波して合波レーザ光ＬＳａとして出力する合波光学系３０と、を含む。
【００７６】
ここで、第１レーザ装置１００は、図３に示す第１レーザ装置１００と同様である。また、第４レーザ装置４００は、第４レーザ光ＬＳ４を出力する第４レーザ４０２と、第４レーザ４０２から出力された第４レーザ光ＬＳ４の波長を検出する第４波長計４０３と、第４レーザ光ＬＳ４の絶対波長を検出する絶対波長検出器としての第３レーザガルバトロン４１０Ａと、第４波長計４０３または第３レーザガルバトロン４１０Ａで検出された波長に基づいて第４レーザ光ＬＳ４の波長が第４ターゲット波長λ４にロックするように第４レーザ４０２をフィードバック制御する第４コントローラ４０１と、を備える。なお、第４波長計４０３は、第４レーザ光ＬＳ４の大まかな波長を検出できればよく、また、相対波長であってもよい。
【００７７】
さらに、第４レーザ装置４００における第４レーザ４０２、第４波長計４０３および第３レーザガルバトロン４１０Ａは、第２／第３レーザ装置２００／３００におけるそれらと同様である。ただし、第４レーザ４０２は、第４ターゲット波長λ４の第４レーザ光ＬＳ４を出力するように第４コントローラ４０１によってフィードバック制御される。
【００７８】
次に、本変形例１−１によるイオン化レーザ装置１Ａ−１の動作について、図面を用いて詳細に説明する。図１０は、本変形例１−１によるイオン化レーザ装置１Ａ−１の立ち上げ動作例を示すフローチャートである。図１１は、本変形例１−１によるイオン化レーザ装置１Ａ−１の定常動作例を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、イオン化レーザ２０−１を制御するイオン化レーザコントローラ１０の動作およびイオン化レーザコントローラ１０からの制御の下で第１／第４レーザ装置１００／４００を制御する第１／第４コントローラ１０１／４０１の動作に着目して説明する。
【００７９】
図１０に示すように、イオン化レーザコントローラ１０は、立ち上げ動作を開始すると、上記実施の形態１において図６のステップＳ１０１〜Ｓ１０３を用いて説明した行程と同様の行程を経ることで、第１レーザ１０２の波長を第１ターゲット波長λ１にロックする（ステップＳ１０１〜Ｓ１０３）。
【００８０】
ステップＳ１０１〜Ｓ１０３の過程を経て、第１レーザ１０２の波長が第１ターゲット波長λ１にロックされると（ステップＳ１０３のＹｅｓ）、次に、イオン化レーザコントローラ１０は、第４レーザ４０２の波長を第４ターゲット波長λ４（＝４０８．８ｎｍ）に粗同調させる（ステップＳ４０４）。具体的には、イオン化レーザコントローラ１０の制御の下、第４コントローラ４０１が、第４レーザ４０２に第４レーザ光ＬＳ４の出力を開始させ、続いて、第４波長計４０３で検出される第４レーザ光ＬＳ４の波長が第４ターゲット波長λ４となるように第４レーザ４０２をフィードバック制御する。このように、第４レーザ４０２の粗同調ステップでは、上述の実施の形態１における図６のステップＳ１０１／Ｓ１０４／Ｓ１０７と同様に、第４波長計４０３で検出された波長に基づいて、第４レーザ４０２がフィードバック制御される。
【００８１】
次に、イオン化レーザコントローラ１０は、第４レーザ４０２の波長を第４ターゲット波長λ４に正確に同調させる（ステップＳ４０５）。具体的には、上述の実施の形態１における図６のステップＳ１０５／Ｓ１０８と同様に、イオン化レーザコントローラ１０の制御の下、第４コントローラ４０１が、第４レーザ４０２が出力する第４レーザＬＳ３の波長を変化させ、この過程で第３レーザガルバトロン４１０Ａが検出するオプトガルバノ信号の値が最大値となる波長（第４ターゲット波長λ４に相当）を特定し、この波長に第４レーザ光ＬＳ４の波長を合せ込むように第４レーザ４０２をフィードバック制御する。これにより、第１レーザ１０２の同調ステップと同様に、より正確に第４レーザ４０２を第４ターゲット波長λ４に同調させることが可能である。
【００８２】
その後、イオン化レーザコントローラ１０は、第４レーザ４０２の波長が第４ターゲット波長λ４にロックされているか否かを判定し（ステップＳ４０６）、ロックされていない場合（ステップＳ４０６のＮｏ）、ステップＳ４０５へ帰還して、再度、第３レーザガルバトロン４１０Ａで検出されたオプトガルバノ信号を用いた第４レーザ４０２のフィードバック制御を第４コントローラ４０１に実行させる。一方、第４レーザ４０２の波長が第４ターゲット波長λ４にロックされている場合（ステップＳ４０６のＹｅｓ）、イオン化レーザコントローラ１０は、立ち上げ動作を終了する。
【００８３】
上記立ち上げ動作によって第１、第４レーザ１０２、４０２の波長が第１、第４ターゲット波長λ１、λ４にそれぞれロックされると、イオン化レーザ装置１Ａ−１は、次に、第１、第４レーザ光ＬＳ１、ＬＳ４を安定した波長で定常的に出力する定常動作を実行する。
【００８４】
図１１に示すように、イオン化レーザコントローラ１０は、定常動作を開始すると、上記実施の形態１において図７のステップＳ１１１〜Ｓ１１３を用いて説明した行程と同様の行程を経ることで、第１レーザ１０２の波長が第１ターゲット波長λ１にロックされた状態を維持する（ステップＳ１１１〜Ｓ１１３）。
【００８５】
ステップＳ１１２の判定の結果、第１レーザ１０２の波長が第１ターゲット波長λ１にロックされている場合（ステップＳ１１２のＹｅｓ）、次に、イオン化レーザコントローラ１０は、第４レーザ４０２の出力波長、すなわち第４レーザ光ＬＳ４の波長をモニタし（ステップＳ４１４）、第４レーザ光ＬＳ４の波長が第４ターゲット波長λ４にロックされているか否かを判定する（ステップＳ４１５）。具体的には、イオン化レーザコントローラ１０の制御の下、第４コントローラ４０１が、第３レーザガルバトロン４１０Ａで検出されたオプトガルバノ信号の電流値が立ち上げ動作時に検出された最大値と略変わらない値であるか否かを検知し、略変わらない電流値であれば第４レーザ光ＬＳ４の波長が第４ターゲット波長λ４にロックされていると判定し、大きく変化している場合には、特にオプトガルバノ信号の電流値が大きく減少している場合には、第４レーザ光ＬＳ４の波長が第４ターゲット波長λ４からずれていると判定する。ただし、これに限定されず、例えば、第４波長計４０３を用いて、第４レーザ光ＬＳ４の波長が第４ターゲット波長λ４にロックされているか否かを判定するなど、種々変形可能である。
【００８６】
ステップＳ４１５の判定の結果、第４レーザ光ＬＳ４の波長が第４ターゲット波長λ４にロックされていない場合（ステップＳ４１５のＮｏ）、イオン化レーザコントローラ１０は、図１０のステップＳ４０５と同様の手順を用いて、第４レーザ４０２の波長を第４ターゲット波長λ４にロックし（ステップＳ４１６）、その後、ステップＳ４１５へ帰還して、再度、第４レーザ光ＬＳ４の波長が第４ターゲット波長λ４にロックされているか否かを判定する。
【００８７】
一方、ステップＳ４１５の判定の結果、第４レーザ光ＬＳ４の波長が第４ターゲット波長λ４にロックされている場合（ステップＳ４１５のＹｅｓ）、イオン化レーザコントローラ１０は、図７のステップＳ１２０と同様に、定常動作の終了が指示されているか否かを判定し（ステップＳ１２０）、指示されている場合（ステップＳ１２０のＹｅｓ）、定常動作を終了する。一方、定常動作の終了が指示されていない場合（ステップＳ１２０のＮｏ）、イオン化レーザコントローラ１０は、ステップＳ１１１へ帰還し、再度、同様の動作を繰り返す。
【００８８】
以上のような定常動作を実行することで、上述の実施の形態１と同様に、複数のレーザ光を用いる場合でも高いイオン化率でターゲットをイオン化できるイオン化レーザ装置を実現することができる。
【００８９】
（変形例１−２）
次に、本実施の形態１における絶対波長検出器１１０としての蛍光検出器の変形例について、図面を用いて詳細に説明する。上述の実施の形態１では、実際のターゲット（Ｓｎ原子）から放出された蛍光を観測できるようにターゲット（Ｓｎ原子）をイオン化するための不図示のチャンバに配置された、いわゆるｉｎ−ｓｉｔｕの蛍光検出器１１０Ａを使用していた。これに対し、本変形例１−２では、実際のターゲット（Ｓｎ原子）ではなく、合波光学系３０を構成する合波器３２の前段（または後段）に配置されて独立にターゲット（Ｓｎ原子）と同じ原子（Ｓｎ原子）が第１レーザ光ＬＳ１の照射に対して放出する蛍光ＣＳの強度を検出する、蛍光検出器１１０Ａ−１を用いる。
【００９０】
図１２は、本変形例１−２による蛍光検出器１１０Ａ−１の具体例を示す模式図である。図１２に示すように、蛍光検出器１１０Ａ−１は、気密性を備えた蒸気封入セル１１１と、蒸気封入セル１１１内にターゲットと同じ原子（Ｓｎ原子）の蒸気（Ｓｎ蒸気１１３）を流入させる蒸気生成器１１２と、蒸気封入セル１１１内で発生した蛍光ＣＳの強度を検出する光検出器１１９と、を備える。
【００９１】
この構成において、蒸気封入セル１１１には、第１レーザ光ＬＳ１がこの蒸気封入セル１１１内を通過するための光入射窓１１４および光出射窓１１５と、蒸気封入セル１１１内のＳｎ蒸気１１３が放出した蛍光ＣＳを取り出すための光取出窓１１６と、が設けられる。したがって、光入射窓１１４から入射した第１レーザ光ＬＳ１は、蒸気封入セル１１１内のある点（蛍光発生点ＣＳｏ）でＳｎ蒸気１１３に照射される。すると、Ｓｎ蒸気１１３中の原子が第１レーザ光ＬＳ１によって励起され、その後、脱励起する。脱励起時には、Ｓｎ蒸気１１３の蛍光発生点ＣＳｏから蛍光ＣＳが放出される。この蛍光発生点ＣＳｏの光学像は、光取出窓１１６の外側に配置された転写レンズ１１７によって、光検出器１１９の像検出面に転写される。光検出器１１９は、転写された蛍光発生点ＣＳｏの光学像の輝度から、蛍光ＣＳの強度を検出し、この検出結果を第１コントローラ１０１へ出力する。なお、光検出器１１９の像検出面に、蛍光ＣＳの波長以外の波長の光、例えば背景光となる第１レーザ光ＬＳ１の散乱光を遮光する背景光遮断フィルタ１１８を設けるとよい。これにより、より正確に蛍光ＣＳの強度を検出することが可能となる。
【００９２】
（変形例１−３）
次に、本実施の形態１における絶対波長検出器２１０／３１０の変形例について、図面を用いて詳細に説明する。上述の実施の形態１では、絶対波長検出器２１０／３１０として、フォロカソードランプ２１１内に封入したガス固有の分光波長からレーザ光（ＬＳ２／ＬＳ３）の絶対波長を特定する、いわゆるオプトガルバニック分光用放電管（第１／第２レーザガルバトロン２１０Ａ／３１０Ａ）を用いた。これに対し、本変形例１−３では、所定のガスが封入されたフォロカソードランプ内を通過したレーザ光（ＬＳ２／ＬＳ３）の減衰からレーザ光の吸収量を検出してこれの絶対波長を特定する光吸収検出器２１０Ａ−１／３１０Ａ−１を用いる。
【００９３】
図１３Ａは、本変形例１−３による光吸収検出器２１０Ａ−１／３１０Ａ−１の具体例を示す模式図である。また、図１３Ｂに、光吸収検出器２１０Ａ−１／３１０Ａ−１から出力される光検出信号の一例を示し、図１３Ｃに、光検出信号の最大値とレーザ光の波長との関係を示す。
【００９４】
図１３Ａに示すように、光吸収検出器２１０Ａ−１／３１０Ａ−１は、第１／第２レーザガルバトロン２１０Ａ／３１０Ａと同様に、希ガスが封入された希ガス封入ガラス管２１２と、希ガス封入ガラス管２１２内に配置された陽極Ａｎおよび陰極Ｃａと、を含むフォロカソードランプ２１１からなる。
【００９５】
この構成において、希ガス封入ガラス管２１２内に形成された放電プラズマ中の原子の吸収スペクトルに共鳴する波長のレーザ光が入射すると、このレーザ光が吸収される。したがって、希ガス封入ガラス管２１２内に入射したレーザ光（ＬＳ２／ＬＳ３）は、陽極Ａｎ側から陰極Ｃａ側にかけて通過する際に減衰する。この結果、フォロカソードランプ２１１の光出力側に設けられた光センサ２１４では、図１３Ｂに示すように、レーザ光の波形および波長に応じて変化する光検出信号が検出される。この光検出信号の最大値（センサ光検出強度）は、図１３Ｃに示すように、フォロカソードランプ２１１に入射したレーザ光の波長に依存して減衰する。したがって、このセンサ光検出強度が最小値を取るように第２／第３レーザ２０２／３０２を制御してこれから出力される第２／第３レーザ光ＬＳ２／ＬＳ３の波長を調整することで、第２／第３レーザ装置２００／３００が出力する第２／第３レーザ光ＬＳ２／ＬＳ３の波長を第２／第３ターゲット波長λ２／λ３（イオン化最適波長）に合せ込むことができる。
【００９６】
（変形例１−４）
次に、本実施の形態１における第１〜第３レーザ１０２〜３０２の変形例について、図面を用いて詳細に説明する。上述の実施の形態１では、種光源としての狭帯化半導体レーザ１２１／２２１／３２１から出力されたレーザ光をファイバ増幅器（１２２／２２３）にて増幅して出力する第１〜第３レーザ１０２〜３０２を用いた。これに対し、本変形例１−４では、種光源としての狭帯化半導体レーザから出力されたレーザ光をシーダ光として発振する狭帯化レーザ発振器を備えた第１〜第３レーザ１０２−１〜３０２−１を用いる。
【００９７】
図１４は、本変形例１−４による第１〜第３レーザ１０２−１〜３０２−１の具体例を示す模式図である。図１４に示すように、第１レーザ１０２−１は、狭帯域のシーダ光を出力する狭帯化半導体レーザ１２１−１と、シーダ光によって発振する狭帯化レーザ発振器１２２−１と、狭帯化レーザ発振器１２２−１から出力されたレーザ光ＬＳ１ｂからこれの３分の１の波長である第１レーザ光ＬＳ１を発生させる３倍波発生器１２３−１と、を含む。また、第２／第３レーザ２０２−１／３０２−１は、狭帯域のシーダ光を出力する狭帯化半導体レーザ２２１−１／３２１−１と、シーダ光によって発振して第２／第３レーザ光ＬＳ２／ＬＳ３を出力する狭帯化レーザ発振器２２２−１／３２２−１と、を含む。また、第１〜第３レーザ１０２−１〜３０２−１は、この他の構成として、所定波長のレーザ光を出力するＮｄ：ＹＶＯ４レーザ１２５−１と、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ１２５−１が出力したレーザ光からこれの２分の１の波長を持つレーザ光を励起光として出力する２倍波発生器１２４−１と、２倍波発生器１２４−１から出力された励起光を狭帯化レーザ発振器１２２−１／２２２−１／３２２−１へそれぞれ導波する反射ミラー１２６−１およびビームスプリッタであるダイクロイックミラー１２７−１／２２７−１／３２７−１と、を含む。
【００９８】
なお、ＣＷのグリーンレーザのように、２倍波発生器１２４−１とＹＶＯ４レーザ１２５−１とが一体となっている、例えばＹＶＯ４レーザ１２５−１の共振器中に２倍波発生器１２４−１が配置されていてもよい。また、波長可変の励起光源であるＹＶＯ４レーザ１２５−１の代わりに、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザを用いてもよい。
【００９９】
狭帯化半導体レーザ１２１−１／２２１−１／３２１−１は、波長選択および狭帯化のためのシード光源である。この狭帯化半導体レーザ１２１−１／２２１−１／３２１−１は、励起光源であるＹＶＯ４レーザ１２５−１と同じ光軸から励起光を入射させる必要がないため、図１４のようにダイクロイックミラー１２７−１／２２７−１／３２７−１の後方から励起光が入射する構成に限らず、共振器を構成する他のミラーから励起光が狭帯化半導体レーザ１２１−１／２２１−１／３２１−１へそれぞれ入射するように構成してもよい。ただし、図１４に示す構成はＹＶＯ４レーザ１２５−１と同じ光軸から励起光を入射させる構成であるため、ダイクロイックミラー１２７−１／２２７−１／３２７−１を用いる必要がある。
【０１００】
この構成において、第１レーザ１０２−１の狭帯化半導体レーザ１２１−１から出力されたシーダ光は、ダイクロイックミラー１２７−１を透過してチタンサファイアレーザである狭帯化レーザ発振器１２２−１に入力される。また、狭帯化レーザ発振器１２２−１には、２倍波発生器１２４−１から出力された励起光の一部も入力される。狭帯化レーザ発振器１２２−１は、これらのシーダ光と励起光によって発振することで、第１ターゲット波長λ１に対して３倍の波長λ１ｂ（＝８６０ｎｍ）を持つ狭帯域のレーザ光ＬＳ１ｂを出力する。狭帯化レーザ発振器１２２−１から出力されたレーザ光ＬＳ１ｂは、３倍波発生器１２３−１において１／３の波長（第１ターゲット波長λ１＝２８６．３ｎｍ）を持つ第１レーザ光ＬＳ１に変換された後、出力される。
【０１０１】
また、第２／第３レーザ２０２−１／３０２−１の狭帯化半導体レーザ２２１−１／３２１−１から出力されたシーダ光は、ダイクロイックミラー２２７−１／３２７−１を透過して狭帯化レーザ発振器２２２−１／３２２−１に入力される。また、狭帯化レーザ発振器２２２−１／３２２−１には、２倍波発生器１２４−１から出力された励起光の一部も入力される。狭帯化レーザ発振器２２２−１／３２２−１は、これらのシーダ光と励起光によって発振することで、第２／第３ターゲット波長λ２／λ３の第２／第３レーザ光ＬＳ２／ＬＳ３を出力する。
【０１０２】
なお、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ１２５−１はＮｄ：ＹＬＦレーザ或いはＮｄ：ＹＡＧレーザであってもよく、狭帯化レーザ発振器１２２−１／２２２−１／３２２−１には、例えば狭帯域で発振するＴｉサファイア発振器を用いることができる。また、狭帯化半導体レーザ１２１−１〜３２１−１は、パルス発振して間欠的にレーザ光を出力する半導体レーザであっても、連続波発振して継続的にレーザ光を出力する半導体レーザであってもよい。また、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ１２５−１と２倍波発生器１２４−１と反射ミラー１２６−１およびハーフミラー１２７−１／２２７−１／３２７−１とを含む第１〜第３レーザ１０２−１〜３０２−１は、１つまたは必要に応じて適宜分断された半導体基板に作り込まれてもよい。これにより、第１〜第３レーザ１０２−１〜３０２−１を小型化して扱いを容易にすることが可能となる。
【０１０３】
（変形例１−５）
また、種光として狭帯域のレーザ光を用いた場合、このレーザ光と基準光とが形成する回折像からレーザ光の絶対波長を求めることも可能である。以下、これを本実施の形態１の変形例１−５として、図面を用いて詳細に説明する。
【０１０４】
図１５は、本変形例１−５による絶対波長検出器１１０Ｂ／２１０Ｂ／３１０Ｂの概略構成を示す模式図である。なお、図１５では、波長測定対象のレーザ光（ＬＳ１／ＬＳ２／ＬＳ３）を狭帯域発振線Ｌ０として説明する。図１５に示すように、絶対波長検出器１１０Ｂ／２１０Ｂ／３１０Ｂは、狭帯域発振線Ｌ０と所定波長の基準光Ｌとを合波するビームスプリッタ１１１Ｂと、狭帯域発振線Ｌ０と基準光Ｌとの合波光を絞り込む入射スリットｓｔと、入射スリットｓｔを介して入射した合波光を反射してコリメート光に変換する凹面ミラー１１２Ｂと、コリメートされた合波光を回折する回折格子１１３Ｂと、回折された合波光の回折像を所定の位置に結像する凹面ミラー１１４Ｂと、所定の位置に設けられて合波光の回折像を読み取るラインセンサ１１５Ｂと、を含む。
【０１０５】
したがって、ラインセンサ１１５Ｂで読み取られた狭帯域発振線Ｌ０の回折像Ｋ０と基準光Ｌの回折像Ｋとから、これらの間の距離を求めることで、狭帯域発振線Ｌ０の絶対波長、すなわちレーザ光（ＬＳ１／ＬＳ２／ＬＳ３）の絶対波長を特定することが可能である。なお、特定された絶対波長は、第１〜第３コントローラ１０１〜３０１へそれぞれ入力される。
【０１０６】
（変形例１−６）
また、種光として狭帯域のレーザ光を用いた場合の絶対波長検出器の他の例を、以下に本実施の形態１の変形例１−６として、図面を用いて詳細に説明する。
【０１０７】
図１６は、本変形例１−６による絶対波長検出器１１０Ｃ／２１０Ｃ／３１０Ｃの概略構成を示す模式図である。なお、図１６においても、波長測定対象のレーザ光（ＬＳ１／ＬＳ２／ＬＳ３）を狭帯域発振線Ｌ０として説明する。図１６に示すように、絶対波長検出器１１０Ｃ／２１０Ｃ／３１０Ｃは、狭帯域発振線Ｌ０と所定波長の基準光Ｌ１およびＬ２とを合波するビームスプリッタ１１１Ｃと、狭帯域発振線Ｌ０と基準光Ｌ１およびＬ２との合波光を拡散する拡散板１１２Ｃと、拡散された合波光のうち特定波長の光を選択的に透過するエタロン１１３Ｃと、エタロン１１３Ｃを透過した光を拡径するレンズ１１４Ｃと、所定の位置に設けられて狭帯域発振線Ｌ０と基準光Ｌ１およびＬ２とが形成する干渉縞を読み取るラインセンサ１１５Ｃと、を含む。
【０１０８】
ラインセンサ１１５Ｃの受光面には、狭帯域発振線Ｌ０と基準光Ｌ１およびＬ２とによって環状の干渉縞Ｖ０〜Ｖ２が形成される。したがって、ラインセンサ１１５Ｃで読み取られた狭帯域発振線Ｌ０の干渉縞Ｖ０の半径Ｒ０と、基準光Ｌ１の干渉縞Ｖ１の半径Ｒ１および基準光Ｌ２の干渉縞Ｖ２の半径Ｒ２とから、狭帯域発振線Ｌ０の絶対波長、すなわちレーザ光（ＬＳ１／ＬＳ２／ＬＳ３）の絶対波長を特定することが可能である。なお、特定された絶対波長は、第１〜第３コントローラ１０１〜３０１へそれぞれ入力される。
【０１０９】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２によるイオン化レーザ装置を、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明では、上述の実施の形態１と同様に、イオン化のターゲットをＳｎ原子とした場合を例に挙げる。したがって、本実施の形態２においても、ターゲット（Ｓｎ原子）のイオン化プロセスは、図１に示すプロセスと同様である。ただし、本発明はこれに限定されず、種々の原子または分子をイオン化ターゲットとすることが可能である。
【０１１０】
図１７は、本実施の形態２によるイオン化レーザ装置２の構成例を示す模式図である。図１７に示すように、イオン化レーザ装置２は、上記実施の形態１によるイオン化レーザ装置１Ａ（図３参照）と比較して、イオン化レーザ２０がイオン化レーザ２０Ａに置き換えられている。イオン化レーザ２０Ａでは、イオン化レーザ２０における第２レーザ装置２００および第３レーザ装置３００が第２レーザ装置２００Ａおよび第３レーザ装置３００Ａにそれぞれ置き換えられている。第２レーザ装置２００Ａおよび第３レーザ装置３００Ａは、第２レーザ装置２００における第１レーザガルバトロン２１０Ａと第３レーザ装置３００における第２レーザガルバトロン３１０Ａとの代わりに、実際にイオン化が行われる不図示のチャンバ内で発生したターゲットのイオン化量を測定するイオン化検出器５１０を備える。このイオン化検出器５１０は、いわゆるｉｎ−ｓｉｔｕのイオン化検出器であり、ターゲット（Ｓｎ原子）をイオン化するための不図示のチャンバに配置される。ただし、これに限定されず、イオン化された原子によって生じる電流からイオン化量を検出するイオン化検出器５１０の代わりに、イオン化された原子の質量からイオン化量を検出するイオン検出器を用いてもよい。
【０１１１】
次に、図１７に示すイオン化レーザ装置２の動作原理を、図面を用いて詳細に説明する図１８は、図１７に示すイオン化レーザ装置２の動作原理を説明するための模式図である。図１８に示すように、イオン化レーザ２０Ａは、コントローラ１０Ａからの制御の下、第１レーザ光ＬＳ１と第２レーザ光ＬＳ２と第３レーザ光ＬＳ３とを適宜出力する。なお、コントローラ１０Ａは、第１〜第３コントローラ１０１〜３０１であっても、イオン化レーザコントローラ１０であってもよい。
【０１１２】
イオン化レーザ２０Ａから出力されたレーザ光（ＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３）は、集光レンズＣＬＺによって不図示のチャンバ内における所定の点へ集光される。ただし、この時レーザ光（ＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３）がターゲット（Ｓｎ原子）Ｔｓｎをイオン化するのに必要な照射密度を満たしていれば集光レンズＣＬＺは必ずしも必要でなく、また、集光形状は点でなくともよい。例えば線状や円面であってもよく、中性ガス状のターゲット分布にあわせた形状および強度分布を持たせてもよい。また集光レンズＣＬＺは図１８に示された単レンズではなくレンズ群としてレーザ光（ＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３）の各波長による収差を小さくするようにしてもよく、非球面レンズとして同様の効果を得てもよい。特定の点に集光する場合、この所定の点には中性ガス（蒸気）状のターゲット（Ｓｎ原子）Ｔｓｎが存在する。このため、例えば図１に示すステップＳ１においてイオン化レーザ２０Ａに第１レーザ光ＬＳ１を出力させた場合、ターゲットＴｓｎからは蛍光ＣＳが放出される。イオン化用のチャンバ近傍に配置された蛍光検出器１１０Ａは、この蛍光ＣＳの強度を検出し、この検出結果をコントローラ１０Ａへ出力する。コントローラ１０Ａは、蛍光検出器１１０Ａで検出される蛍光ＣＳの強度が最大値を取るように、イオン化レーザ２０Ａを制御して第１レーザ光ＬＳ１の波長を調整する。
【０１１３】
また、例えば図１に示すステップＳ２においてイオン化レーザ２０Ａに第１および第２レーザ光ＬＳ１およびＬＳ２を出力させた場合、第１レーザ光ＬＳ１によって励起されたＳｎ原子が第２レーザ光ＬＳ２の光子を２つ吸収することで（２光子吸収）、ターゲットＴｓｎがイオン化する。イオン化検出器５１０は、このイオン化されたターゲットＴｓｎの量（イオン化量）を検出し、この検出結果をコントローラ１０Ａへ出力する。コントローラ１０Ａは、イオン化検出器５１０で検出されるターゲットＴｓｎのイオン化量が最大値を取るように、イオン化レーザ２０Ａを制御して第２レーザ光ＬＳ２の波長を調整する。
【０１１４】
さらに、例えば図１に示すステップＳ３においてイオン化レーザ２０Ａに第１〜第３レーザ光ＬＳ１〜ＬＳ３を出力させた場合、第１レーザ光ＬＳ１によって励起されたＳｎ原子が第２レーザ光ＬＳ２の光子と第３レーザ光ＬＳ３の光子とを１つずつ吸収することで（２光子吸収）、ターゲットが効率よくイオン化される。イオン化検出器５１０は、このイオン化されたターゲットＴｓｎの量（イオン化量）を検出し、この検出結果をコントローラ１０Ａへ出力する。コントローラ１０Ａは、イオン化検出器５１０で検出されるターゲットＴｓｎのイオン化量が最大値を取るように、イオン化レーザ２０Ａを制御して第３レーザ光ＬＳ２の波長を調整する。
【０１１５】
次に、本実施の形態２によるイオン化レーザ装置２の動作について、図面を用いて詳細に説明する。図１９は、本実施の形態２によるイオン化レーザ装置２の立ち上げ動作例を示すフローチャートである。図２０は、本実施の形態２によるイオン化レーザ装置２の定常制動作例を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、イオン化レーザ２０Ａを制御するイオン化レーザコントローラ１０の動作およびイオン化レーザコントローラ１０からの制御の下で第１〜第３レーザ装置１００、２００Ａおよび３００Ａを制御する第１〜第３コントローラ１０１〜３０１の動作に着目して説明する。
【０１１６】
図１９に示すように、イオン化レーザコントローラ１０は、立ち上げ動作を開始すると、イオン化レーザ２０Ａを粗同調させる（ステップＳ２０１）。具体的には、第１〜第３波長計１０３〜３０３で検出された波長から、第１〜第３レーザ１０２〜３０２がそれぞれ出力する第１〜第３レーザ光ＬＳ１〜ＬＳ３の波長を第１〜第３ターゲット波長λ１〜λ３へそれぞれ粗同調させる。なお、各ターゲット波長への粗同調は、上述において図６のステップＳ１０１、Ｓ１０４およびＳ１０７を用いて説明した行程と同様である。また、ステップＳ２０１によるイオン化レーザ２０Ａの粗同調は、これが完了するまで繰り返される（ステップＳ２０２のＮｏ）。
【０１１７】
イオン化レーザ２０Ａの粗同調が完了すると（ステップＳ２０２のＹｅｓ）、次に、イオン化レーザコントローラ１０は、第１レーザ光ＬＳ１をターゲットＴｓｎへ照射させる（ステップＳ２０３）。これにより、不図示のチャンバ内において、ターゲットＴｓｎが第１固有状態へ励起し、その後、脱励起する現象が発生する。
【０１１８】
次に、イオン化レーザコントローラ１０は、第１コントローラ１０１を制御して、第１レーザ１０２の波長を第１ターゲット波長λ１に同調させる（ステップＳ２０４）。このステップＳ２０４は、蛍光検出器１１０Ａが検出する蛍光ＣＳの強度が最大値となるまで繰り返される（ステップＳ２０５のＮｏ）。例えば、第１コントローラ１０１は、第１レーザ１０２が出力する第１レーザ光ＬＳ１の波長を粗同調させた波長の近辺で変化させ、この過程で蛍光検出器１１０Ａが検出する蛍光ＣＳの強度スペクトルから強度が最大値となる波長を特定し、この波長を出力した際の状態に第１レーザ１０２を調整する。
【０１１９】
蛍光ＣＳの強度が最大値となると（ステップＳ２０５のＹｅｓ）、次に、イオン化レーザコントローラ１０は、第２コントローラ２０１を制御して、第２レーザ２０２の波長を第２ターゲット波長λ２に同調させる（ステップＳ２０６）。このステップＳ２０６は、イオン化検出器５１０が検出するターゲットＴｓｎのイオン化量が最大値となるまで繰り返される（ステップＳ２０７のＮｏ）。例えば、第２コントローラ２０１は、第２レーザ２０２が出力する第２レーザ光ＬＳ２の波長を粗同調させた波長の近辺で変化させ、この過程でイオン化検出器５１０が検出する電流値の変化（波長依存性）から電流値が最大値となる波長を特定し、この波長を出力した際の状態に第２レーザ２０２を調整する。
【０１２０】
電流値（イオン化量）が最大値となると（ステップＳ２０７のＹｅｓ）、次に、イオン化レーザコントローラ１０は、ステップＳ２０６と同様に、第３コントローラ３０１を制御して、第３レーザ３０２の波長を第３ターゲット波長λ３に同調させる（ステップＳ２０８）。このステップＳ２０８は、イオン化検出器５１０が検出するターゲットＴｓｎのイオン化量が最大値となるまで繰り返される（ステップＳ２０９のＮｏ）。また、電流値（イオン化量）が最大値となると（ステップＳ２０９のＹｅｓ）、イオン化レーザコントローラ１０は、立ち上げ動作を完了する。
【０１２１】
以上のような立ち上げ動作を実行することで、上記実施の形態１と同様に、イオン化レーザ装置２が出力する複数のレーザ光（第１〜第３レーザ光ＬＳ１〜ＬＳ３）の波長を、イオン化プロセスの適切な順序に沿って、確実に所望の波長（第１〜第３ターゲット波長λ１〜λ３）に調整することが可能となる。この結果、全てのレーザ光の波長を目的の波長に容易且つ確実に合せ込むことが可能となる。
【０１２２】
上記立ち上げ動作によって第１〜第３レーザ１０２〜３０２の波長が第１〜第３ターゲット波長λ１〜λ３にそれぞれロックされると、イオン化レーザ装置２は、次に、第１〜第３レーザ光ＬＳ１〜ＬＳ３を安定した波長で定常的に出力する定常動作を実行する。
【０１２３】
定常動作では、イオン化レーザコントローラ１０は、図２０に示すように、イオン化検出器５１０が検出するイオン化量の電流値から、ターゲットＴｓｎのイオン化量をモニタし（ステップＳ２１１）、これによりモニタされたイオン化量が予め設定しておいた閾値もしくは図１９のステップＳ２０１による粗同調直後の値（以下、これを第１閾値という）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２１２）。ステップＳ２１２の判定の結果、イオン化量が第１閾値よりも大きい場合（ステップＳ２１２のＹｅｓ）、イオン化レーザコントローラ１０は、ステップＳ２２１へ移行する。
【０１２４】
一方、イオン化量が第１閾値以下である場合（ステップＳ２１２のＮｏ）、イオン化レーザコントローラ１０は、例えば図１９のステップＳ２０６〜Ｓ２０９で説明した同調制御を１回以上繰り返すことで、第２および第３レーザ２０２および３０２の波長を第２および第３ターゲット波長λ２およびλ３にそれぞれ同調させる（ステップＳ２１３）。
【０１２５】
その後、イオン化レーザコントローラ１０は、再度、イオン化量が第１閾値よりも大きいか否かを判定し（ステップＳ２１４）、第１閾値よりも大きい場合（ステップＳ２１４のＹｅｓ）、ステップＳ２２１へ移行する。
【０１２６】
一方、ステップＳ２１３の同調によってもイオン化量が第１閾値以下である場合（ステップＳ２１４のＮｏ）、イオン化レーザコントローラ１０は、例えば図１９のステップＳ２０４〜Ｓ２０５で説明した同調制御を１回以上繰り返すことで、第１レーザ１０２の波長を第１ターゲット波長λ１に同調させ（ステップＳ２１５）、この際に蛍光検出器１１０Ａが検出する蛍光ＣＳの強度が予め設定しておいた閾値もしくは図１９のステップＳ２０１による粗同調直後の値（以下、これを第２閾値という）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２１６）。ステップＳ２１６の判定の結果、蛍光ＣＳの強度が第２閾値よりも大きい場合（ステップＳ２１６のＹｅｓ）、イオン化レーザコントローラ１０は、ステップ２２１へ移行する。
【０１２７】
一方、蛍光ＣＳの強度が第２閾値以下である場合（ステップＳ２１６のＮｏ）、イオン化レーザコントローラ１０は、第１〜第３レーザが出力する第１〜第３レーザ光ＬＳ１〜ＬＳ３の波長をモニタし（ステップＳ２１７）、これらの波長がそれぞれ第１〜第３ターゲット波長λ１〜λ３にロックされているか否かを判定する（ステップＳ２１８）。
【０１２８】
ステップＳ２１８の判定の結果、第１〜第３レーザ光ＬＳ１〜ＬＳ３の波長がそれぞれ第１〜第３ターゲット波長λ１〜λ３にロックされている場合（ステップＳ２１８のＹｅｓ）、イオン化レーザコントローラ１０は、不調の原因がその他の要因によるものであると判断し、所定の制御を実行する（ステップＳ２１９）。なお、所定の制御とは、イオン化レーザ装置２の操作者に対する報知（警告等）や電源のシャットダウンなどを含む。
【０１２９】
一方、ステップＳ２１８の判定の結果、第１〜第３レーザ光ＬＳ１〜ＬＳ３の波長がそれぞれ第１〜第３ターゲット波長λ１〜λ３にロックされていない場合（ステップＳ２１８のＮｏ）、イオン化レーザコントローラ１０は、例えば図１９に示す立ち上げ動作を再度実行することで、第１〜第３レーザ１０１〜３０１の波長をそれぞれ第１〜第３ターゲット波長λ１〜λ３に同調させる（ステップＳ２２０）。その後、イオン化レーザコントローラ１０は、定常動作の終了指示が例えば操作者等から入力されているか否かを判定し（ステップＳ２２１）、終了指示が入力されている場合（ステップＳ２２１のＹｅｓ）、定常動作を終了する。一方、終了指示が入力されていない場合（ステップＳ２２１のＮｏ）、イオン化レーザコントローラ１０は、ステップＳ２１１へ帰還して、再度同様の動作を実行する。
【０１３０】
以上のような定常動作を実行することで、上記実施の形態１と同様に、イオン化レーザ装置２が出力する複数のレーザ光（第１〜第３レーザ光ＬＳ１〜ＬＳ３）のいずれか１つでも所望の波長（第１〜第３ターゲット波長λ１〜λ３）からずれた場合には、波長のずれたレーザ光から波長調整をし直すことが可能となる。このため、全レーザ光の波長調整が必要でない場合に最初から全レーザ光の波長調整をし直すなどの手間を省きつつ、容易且つ適切に全てのレーザ光を所望の波長にそれぞれロックすることが可能となる。この結果、複数のレーザ光を用いる場合でも高いイオン化率でターゲットをイオン化できるイオン化レーザ装置を実現することができる。
【０１３１】
＜実施の形態３＞
次に、上述した各実施の形態によるイオン化レーザ装置を用いた極端紫外光光源装置（ＥＵＶレーザ装置）について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明では、上述の実施の形態２によるイオン化レーザ装置２を用いた場合を例に挙げるが、本発明はこれに限定されず、上記した実施の形態１またはその変形例によるイオン化レーザ装置を用いることも可能であることは言うまでもない。
【０１３２】
図２１は、本実施の形態３によるＥＵＶレーザ装置３の概略構成を示す模式断面図である。図２１に示すように、ＥＵＶレーザ装置３は、ターゲット（Ｓｎ原子）をイオン化するためのチャンバであるＥＵＶ生成チャンバ４０と、イオン化レーザ装置２を構成するイオン化レーザ２０Ａ、蛍光検出器１１０Ａおよびイオン化検出器５１０と、ＥＵＶ生成チャンバ４０内でプラズマ化またはイオン化したターゲットＴｓｎを排出する方向へ導くための磁力線５１を形成する電磁コイル５０Ａおよび５０Ｂと、を備える。なお、説明の都合上、イオン化レーザ装置２におけるイオン化レーザコントローラ１０は不図示とするが、このイオン化レーザコントローラ１０もＥＵＶレーザ装置３に含まれる。
【０１３３】
ＥＵＶ生成チャンバ４０には、光学窓４１、４２および４３と、ＥＵＶ生成チャンバ４０内で発生したＥＵＶ光（極端紫外光）を外部の露光機へ導く露光機接続ポート４５と、を備える。光学窓４１からは、ＥＵＶ生成チャンバ４０内のターゲットＴｓｎをプラズマ化するためのＥＵＶプラズマ生成用レーザ光ＰＬＳが入射する。このＥＵＶプラズマ生成用レーザ光ＰＬＳは、ＥＵＶ生成チャンバ４０内におけるガス状（蒸気状）のターゲットＴｓｎが集中する点（ＥＵＶ光発生源Ｆ）にフォーカスされる。したがって、このＥＵＶ光発生点ＦにおいてＥＵＶプラズマ生成用レーザ光ＰＬＳが照射されたターゲットＴｓｎからＥＵＶ光が発生する。
【０１３４】
ＥＵＶ生成チャンバ４０内には、ＥＵＶ光発生点Ｆで発生したＥＵＶ光を露光機接続ポート４５へ集光するためのＥＵＶ光集光ミラー４４が設けられている。したがって、ＥＵＶ光発生点Ｆで発生したＥＵＶ光は、直接またはＥＵＶ光集光ミラー４４で反射した後、露光機接続ポート４５から不図示の露光機へ導波される。
【０１３５】
通常、ＥＵＶプラズマ生成用レーザ光ＰＬＳによってプラズマ化したターゲットＴｓｎは、電磁コイル５０Ａおよび５０Ｂが形成する磁力線５１によってＥＵＶ光発生点Ｆから遠ざかる方向へ導かれ、イオン化検出器５１０に捕集される。これにより、ＥＵＶ光発生点Ｆ付近に配置されるＥＵＶ集光ミラー４４へのＳｎイオンの衝突によるエロージョンを阻止し、このエロージョンによる反射率低下を防止する。ただし、磁力線５１によって排出される原子は、電荷を持った原子だけである。そのため、ＥＵＶプラズマ生成用レーザ光ＰＬＳによってプラズマ化しなかったターゲットＴｓｎは、磁力線５１を用いて効率的に排出することができない。プラズマ化しなかったターゲットＴｓｎはいわゆるデブリとなりＥＵＶ生成チャンバ４０内に漂う。一部のデブリはＥＵＶ集光ミラー４４に付着してその反射率を低下させる。これにより、ＥＵＶ光の効率的な集光および捕集が不可能となる。また、ＥＵＶ集光ミラー４４はデブリの付着量に応じて反射率が低下する。ＥＵＶ光発生の度に付着量が増加して反射率が低下してゆくので安定的にＥＵＶ光を露光機に導波することができなくなる。ついには、ＥＵＶ集光ミラー４４をクリーニングまたは交換する必要が生じ、スループットの低下やランニングコスト増大の原因となる。さらに、デブリは光学窓に付着して窓を通る光の透過率を低下させたり、露光機接続ポート４５を介して露光機に流入してコンタミネーションを発生させたりするのでＥＵＶレーザ装置全体に悪影響を及ぼす。
【０１３６】
そこで、本実施の形態３によるＥＵＶレーザ装置３は、イオン化レーザ装置２を用いてターゲットＴｓｎの大部分を確実にイオン化する。これにより、ターゲットＴｓｎの大部分を確実に捕集することが可能となるため、デブリの発生を抑制してＥＵＶ集光ミラー４４へのデブリ付着と装置内拡散とを防止できる。この結果、効率的且つ安定的なＥＵＶ光の発生が可能となる。
【０１３７】
ターゲットＴｓｎのイオン化に用いるレーザ光（ＬＳ１〜ＬＳ３）は、イオン化レーザ２０Ａから光学窓４２を介してＥＵＶ光発生点Ｆへ照射される。そこで、まず、イオン化レーザ２０Ａが第１レーザ光ＬＳ１を出力すると、ＥＵＶ光発生点ＦではターゲットＴｓｎであるＳｎ原子の第１固有状態への励起が発生する。また、第１固有状態へ励起したＳｎ原子は上述したように直ちに脱励起後固有状態へ脱励起する。この際、Ｓｎ原子からは蛍光ＣＳが放射される。ＥＵＶ光発生点ＦにおいてＳｎ原子から放出される蛍光ＣＳの強度は、光学窓４３を介して蛍光検出器１１０Ａによって検出される。不図示のイオン化レーザコントローラ１０は、この際に蛍光検出器１１０Ａが検出した蛍光ＣＳの強度に基づいて、イオン化レーザ２０Ａが出力する第１レーザ光ＬＳ１の波長が第１ターゲット波長λ１となるように、イオン化レーザ２０Ａをフィードバック制御する。なお、このフィードバック制御の具体例は、上述した実施の形態２と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１３８】
また、第１レーザ光ＬＳ１の波長を第１ターゲット波長λ１にロックすると、イオン化レーザコントローラ１０は、続いて第１レーザ光ＬＳ１に加えて第２レーザ光ＬＳ２を出力する。この際、第１固有状態に励起したＳｎ原子による第２レーザ光ＬＳ２の２光子吸収が発生して、Ｓｎ原子がイオン化する。イオン化したＳｎ原子（デブリとしてのターゲットＴｓｎ）は、磁力線５１によるイオン化したＳｎ原子の排出軌道上に配置されたイオン化検出器５１０へ導かれる。イオン化レーザコントローラ１０は、イオン化検出器５１０によって検出された、イオン化されたＳｎ原子によって流れる電流に基づいて、イオン化レーザ２０Ａが出力する第２レーザ光ＬＳ２の波長が第２ターゲット波長λ２となるように、イオン化レーザ２０Ａをフィードバック制御する。なお、このフィードバック制御の具体例は、上述した実施の形態２と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１３９】
続いて、第１および第２レーザ光ＬＳ１およびＬＳ２を第１および第２ターゲット波長λ１およびλ２にそれぞれロックすると、イオン化レーザコントローラ１０は、続いて第１および第２レーザ光ＬＳ１およびＬＳ２に加えて第３レーザ光ＬＳ３を出力する。この結果、第１固有状態に励起したＳｎ原子が、第２レーザ光ＬＳ２の１光子と第３レーザ光ＬＳ３の１光子とを吸収することでイオン化する。イオン化したＳｎ原子は、上述したように、磁力線５１によってＥＵＶ光発生点Ｆから外れた位置に配置されたイオン化検出器５１０へ導かれ捕集される。そこで、イオン化レーザコントローラ１０は、イオン化検出器５１０によって検出された、イオン化されたＳｎ原子によって流れる電流に基づいて、イオン化レーザ２０Ａが出力する第３レーザ光ＬＳ３の波長が第３ターゲット波長λ３となるように、イオン化レーザ２０Ａをフィードバック制御する。なお、このフィードバック制御の具体例は、上述した実施の形態２と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１４０】
以上のように構成および動作することで、本実施の形態３では、プラズマ化しなかったターゲットＴｓｎがいわゆるデブリとしてＥＵＶ集光ミラー４４に付着、装置内拡散するのを防止し、ターゲットＴｓｎの大部分をイオン化して捕集するので、効率的且つ安定してＥＵＶ光を発生させることが可能なＥＵＶレーザ装置３を実現することができる。なお、本実施の形態３では電磁コイル５０Ａおよび５０Ｂが形成する磁場を用いてイオン化されたターゲットを排出したが、帯電粒子であるイオン化されたターゲットは電場によっても捕集可能である。この場合、ＥＵＶ光発生点付近にイオン化検出器の方向にイオン化されたターゲットを排出できるよう高電圧を印加できる電極を配置しても良い。このときの高電圧は一定電圧であっても、イオン化レーザの照射に同期したパルス電圧であっても良い。
【０１４１】
（変形例３−１）
次に、本実施の形態３によるＥＵＶレーザ装置３の変形例３−１について、図面を用いて詳細に説明する。上述の実施の形態３では、第１レーザ光ＬＳ１によるターゲットＴｓｎの励起効率の検出に、いわゆるｉｎ−ｓｉｔｕの蛍光検出器１１０Ａを用いた。これに対し、本変形例３−１では、いわゆるｉｎ−ｓｉｔｕの蛍光検出器６１０を用いる。
【０１４２】
図２２Ａおよび図２２Ｂは、本変形例３−１によるＥＵＶレーザ装置３Ａの概略構成を示す模式断面図である。なお、図２２Ｂは、図２２ＡにおけるＡ−Ａ断面図である。図２２Ａおよび図２２Ｂに示すように、ＥＵＶレーザ装置３Ａは、図２１に示すＥＵＶレーザ装置３と同様の構成において、蛍光検出器１１０Ａが、いわゆるｉｎ−ｓｉｔｕの蛍光検出器６１０に置き換えられている。また、これに伴い、ＥＵＶ生成チャンバ４０内のＥＵＶ光発生点Ｆで発生した蛍光ＣＳを観察するための光学窓４２が、ＥＵＶプラズマ生成用レーザ光ＰＬＳの光軸と垂直な方向からＥＵＶ光発生点Ｆを観察可能にする光学窓４６に置き換えられている。
【０１４３】
蛍光検出器６１０は、上記実施の形態１の変形例１−２において図１２を用いて説明した蛍光検出器１１０Ａ−１と同様の構成として、転写レンズ１１７と背景光遮断フィルタ１１８と光検出器１１９とを備える。ただし、本変形例３−１による蛍光検出器６１０は、いわゆるｉｎ−ｓｉｔｕの蛍光検出器であるため、蒸気封入セル１１１がＥＵＶ生成チャンバ４０に置き換えられる。
【０１４４】
この構成において、第１レーザ光ＬＳ１によって励起したターゲットＴｓｎの脱励起時にＥＵＶ光発生点Ｆで放出された蛍光ＣＳは、光学窓４６の外側に配置された転写レンズ１１７によって、光検出器１１９の像検出面に導かれる。このとき転写レンズ１１７により視野を限定して背景光を低減している。光検出器１１９は、ＥＵＶ光発生点Ｆから導かれた蛍光ＣＳの強度を検出し、この検出結果を第１コントローラ１０１へ出力する。なお、光検出器１１９の検出面に、蛍光ＣＳの波長以外の波長の光、例えばプラズマ化したターゲットＴｓｎからの背景光を遮光する背景光遮断フィルタ１１８を設ける。これにより、より正確に蛍光ＣＳの強度を検出することが可能となる。なお、他の構成および動作は、上記した実施の形態３と同様であるため、ここでは所作否説明を省略する。
【０１４５】
以上のように構成および動作することで、本変形例３−１では、上述した実施の形態３と同様に、プラズマ化しなかったターゲットＴｓｎがいわゆるデブリとしてＥＵＶ集光ミラー４４に付着、装置内拡散するのを防止し、ターゲットＴｓｎの大部分をイオン化して捕集するので、効率的且つ安定してＥＵＶ光を発生させることが可能なＥＵＶレーザ装置３Ａを実現することができる。
【０１４６】
また、上記実施の形態およびその変形例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、仕様等に応じて種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能であることは上記記載から自明である。例えば各実施の形態に対して適宜例示した変形例は、他の実施の形態に対して適用することも可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１４７】
１、１Ａ、１Ａ−１、２  イオン化レーザ装置
３、３Ａ  ＥＵＶレーザ装置
１０  イオン化レーザコントローラ
１０Ａ  コントローラ
２０、２０Ａ、２０−１  イオン化レーザ
３０  合波光学系
３２、３３  合波器
４０  ＥＵＶ生成チャンバ
４１、４２、４３、４６  光学窓
４４  ＥＵＶ光集光ミラー
４５  露光機接続ポート
５０Ａ、５０Ｂ  電磁コイル
５１  磁力線
１００〜４００  第１〜第４レーザ装置
１０１〜４０１  第１〜第４コントローラ
１０２〜４０２  第１〜第４レーザ
１０２−１〜３０２−１  第１〜第３レーザ
１０３〜４０３  第１〜第４波長計
１１０〜３１０  第１〜第３絶対波長検出器
１１０Ａ、１１０Ａ−１、６１０  蛍光検出器
１１０Ｂ、１１０Ｃ、２１０Ｂ、２１０Ｃ、３１０Ｂ、３１０Ｃ  絶対波長検出器
１１１  蒸気封入セル
１１１Ｂ、１１１Ｃ  ビームスプリッタ
１１２  蒸気生成器
１１２Ｂ  凹面ミラー
１１２Ｃ  拡散板
１１３  Ｓｎ蒸気
１１３Ｂ  回折格子
１１３Ｃ  エタロン
１１４  光入射窓
１１４Ｂ  凹面ミラー
１１４Ｃ  レンズ
１１５  光出射窓
１１５Ｂ、１１５Ｃ  ラインセンサ
１１６  光取出窓
１１７  転写レンズ
１１８  背景光遮断フィルタ
１１９  光検出器
１２１〜３２１、１２１−１〜３２１−１  狭帯化半導体レーザ
１２２  Ｙｂファイバ増幅器
１２２−１〜３２２−１  狭帯化レーザ発振器
１２３  ４倍波発生器
１２３−１  ３倍波発生器
１２５−１  Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ
１２４−１  ２倍波発生器
１２６−１  反射ミラー
１２７−１〜３２７−１  ダイクロイックミラー
２００Ａ〜３００Ａ  第２〜第３レーザ装置
２１０Ａ〜４１０Ａ  第１〜第３レーザガルバトロン
２１０Ａ−１、３１０Ａ−１  光吸収検出器
２１１  フォロカソードランプ
２１２  希ガス封入ガラス管
２１４  光センサ
２２２、３２２  パラメトリック発振器
２２３  Ｙｂファイバレーザ
５１０  イオン化検出器
Ａｎ  陽極
Ｃａ  陰極
ＣＬＺ  集光レンズ
ＣＳ  蛍光
ＣＳｏ  蛍光発生点
Ｅ０、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、ＥＳ１  軌道
Ｆ  ＥＵＶ光発生点
Ｈｖｓ  高圧電源
Ｋ  基準光Ｌの回折像
Ｋ０  狭帯域発振線Ｌ０の回折像
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２  基準光
Ｌ０  狭帯域発振線
ＬＳ、ＬＳａ  合波レーザ光
ＬＳ１〜ＬＳ４  第１〜第４レーザ光
ＬＳ１ａ、ＬＳ１ｂ、ＬＳ２ａ、ＬＳ３ａ  レーザ光
ＰＬＳ  ＥＵＶプラズマ生成用レーザ光
Ｒ０  干渉渦Ｖ０の半径
Ｒ１  干渉渦Ｖ１の半径
Ｒ２  干渉渦Ｖ２の半径
Ｔｓｎ  ターゲット
Ｖ０  狭帯域発振線Ｌ０の干渉渦
Ｖ１  基準光Ｌ１の干渉渦
Ｖ２  基準光Ｌ２の干渉渦
ｓｔ  入射スリット
【図１】
0005599992.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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